毕业设计-车门CATIA建模及有限元分析.docx

本科毕业设计

微型车中门内板设计

陶冶

燕 山 大 学

2010 年 6 月

本科毕业设计

微型车中门内板设计

学院(系)： 车辆与能源学院

专 学生 学 指导
答辩

业： 姓名： 号： 教师：
日期：

车辆工程

陶 冶

060105020025

梁 晨

2010.6.24

学 号
业 级
专 班
题 目
主 要 内 容
基 本 要 求 参 考 资 料
应 完 成 的 内 容

燕山大学毕业设计任务书
学院：车辆与能源学院 系级教学单位：车辆与交通系


060105020025

学生
姓名

陶冶


06 车辆 2 班

题目名称 微型车中门内板设计


题目性质

题目类型
题目来源

1.理工类：工程设计 ( √ )；工程技术实验研究型( )；
理论研究型( ) ；计算机软件型( ) ；综合型( )
2.管理类( )； 3.外语类( )； 4.艺术类( )
1.毕业设计( √ ) 2.论文( )
科研课题( ) 生产实际( ) 自选题目 ( √ )


1. 中门内板及加强板 3D 建模；
2. 中门有限元建模,刚度分析；
3.设计内板与加强板装焊工艺。



中门内板及加强板 3D 建模；中门有限元建模及刚度分析；分析装焊工艺

1. 汽车工程手册.北京:人民交通出版社,2001
2. 刘惟信主编.汽车设计.北京:清华大学出版社,2001
3. 吴亚良主编.现代轿车车身设计.上海:上海科学技术出版社,1999
4. 郭竹亭主编.汽车车身设计.吉林:吉林科学技术出版社,1992
5. 车身制造工艺学

6. 冲压工艺手册
周 次
第 1~4 周 第 5~8 周
中门有限元建模；
刚度分析
调查研究，收
集资料，翻译
外文资料，撰
写开题报告；
内板 3D 建模

指导教师：梁晨
职称： 年 月 日


第 9~10 周
装焊工艺分
析
第 14~15 周 撰写论文
第 16 周 准备答辩

系级教学单位审批：
年 月 日

摘要
摘要

性能上，车门质量影响车辆侧撞安全性、风噪声、防水性、车门启闭轻 便性以及车辆外观等性能， 车门设计质量直接影响到整车性能； 结构上， 车 门是由具有复杂空间曲面形状的内板、外板以及起局部加强作用的加强板通 过冲压和点焊组合而成的空间薄壁板壳结构。车门设计是整个车身设计中结 构复杂但又相对独立的一个环节。
本文在学习和分析车门设计中的设计规则和经验知识的基础上，在 CATIA 中建立了车门内板及内腰加强板的三维模型；并运用有限元分析软 件 HyperWorks 对车门进行了扭转工况和挤压工况下的刚度分析，分析结果 车门的扭转刚度和挤压刚度均符合公司要求； 从焊点布置、 焊接接头形式的 选择、装焊夹具的选择和装焊质量控制等方面分析了车门的装焊工艺。

关键词 车门； 建模；有限元分析；装焊工艺

I

燕山大学本科生毕业设计(论文)

Abstract

The quality of the door affects vehicle side impact safety、 wind noise 、 protection against ingress of water 、 the resistance during the whole process of door opening and closing、 the appearance of the car directly. The design quality of the door affects the whole performance of a car directly. The door is manufactured by stamping and spot welding. It is a plate and shell structure constituted of an inner door panel, an outer door panel and many reinforcement plates which can strengthen the door in local. Door design is a complex and relatively independent part in body design process
Use CATIA to get the models of the inner door panel and a reinforcement plate, based on the study of the design rules and experience knowledge of the door design. Then the stiffness analysis of torsional case and extrusional case is carried out using OptiStruct. Torsional stiffness and extrusional stiffness of the door both can meet the requirement of the company. The assembly welding technology is analyzed from welding spots arrangement, type of welding joint, assembly welding clamp and welding quality control.

Keywords Door; Modeling; FEM; Assembly welding technology

II

目 录

摘要 I
Abstract II
第 1 章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究意义 1
1.3 本文研究内容 2
第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模 3
2.1 建模软件简介 3
2.1.1 创成式外形设计模块功能简介 4
2.1.2 钣金件设计模块功能简介 4
2.1.3 零部件设计模块功能简介 4
2.2 三维参数化建模 4
2.2.1 三维参数化建模的特点 5
2.2.2 三维参数化建模的实现方法 5
2.3 全局观在基本建模中的技巧体现 7
2.3.1 全局建模中特征树的规范化 7
2.3.2 全局中材料去除/添加特征的顺序 8
2.3.3 全局中倒角等特征的放置顺序 8
2.3.4 全局中轴建模方法的选择 8
2.4 外形修正及分析 8
2.4.1 斑马线分析 9
2.4.2 光照分析 9
2.4.3 对称检查 9
2.5 中门内板及加强版三维建模的步骤与方法 10
2.5.1 中门内板建模 10
2.5.2 内腰加强板建模 17
2.6 本章小结 17
第 3 章 中门有限元建模及刚度分析 18

III

3.1 有限元分析方法介绍 18
3.2 软件介绍 18
3.3 具体分析过程 19
3.3.1 车门基本参数 19
3.3.2 有限元模型的创建 21
3.3.3 刚度分析结果 28
3.4 本章小结 30
第 4 章 装配与焊接工艺分析 31
4.1 焊接结构公艺性 31
4.1.1 结构材料的选择 31
4.1.2 焊接接头的形式 31
4.1.3 焊接接头的厚度 32
4.1.4 焊点的布置 32
4.1.5 结构的开敞性 32
4.1.6 结构的分解装配 33
4.1.7 互换性的难易程度和精度要求 33
4.2 车身装焊的结构特点 33
4.3 车身装焊方法及其选择 34
4.3.1 电阻点焊原理及工艺 34
4.3.1 装配方案及原则的确定 38
4.3.2 装焊过程和装焊图表 38
4.3.3 装焊工艺规程的典型工序 38
4.3.4 车身的装焊工艺 38
4.4 车身装焊夹具 39
4.4.1 合件、分总成装焊夹具 39
4.4.2 车身总成装焊夹具 39
4.5 车身装焊的质量控制 40
4.6 中门内板及加强板的装焊工艺 40
4.6.1 中门内板与加强板的结构关系 40
4.6.2 焊接工艺参数的的选择 40
4.7 本章小节 41
结论 42

IV

参考文献 43
致谢 45
附录 1 46
附录 2 49
附录 3 52
附录 4 60

V

第 1 章 绪论

第 1 章 绪论
1.1 课题背景
现在汽车正朝着低能耗、 低排放、 低成本方向发展。 车身作为汽车的四 大总成之一，涉及面广，且材料种类多。目前，制造业已经经历了以价格、 质量为主导因素的竞争时期， 研发速度逐渐成为当代企业赢得全球竞争的第 一要素。 时间因素被提到了首要位置， 产品的快速创新设计开发能力已经成 为决定企业兴衰的重要因素。 现代制造企业已充分应用成形仿真分析， 降低 新产品开发成本、提高制造精度、缩短设计周期。
微型车车身组成零件繁多且结构复杂， 其工作载荷包括驱动、 制动、 转 弯等惯性力和各种路面反力及作用于不同位置的发动机总成载荷。车身刚度 不合理，将直接影响车身结构的可靠性、安全性，冲击、振动与噪声性能， 以及燃油经济性等关键性指标。 其中， 车门刚度不足， 会引起车门边角处的 变形量过大，引起车门卡死，关闭力增大等。
另外，汽车侧面是车体中强度较薄弱的部位， 一旦受到来自侧面的撞击， 没有足够空间发生结构变形以吸收碰撞能量。 汽车发生侧面撞击时， 撞击力 直接作用于车门，车门结构和强度将直接影响汽车 B 柱和车门本身的侵入 量、侵入速度和变形程度。这些因素将直接影响内部乘员安全情况。因此， 车门是发生侧面碰撞时保证乘员安全的关键部件。在车辆侧面碰撞法规中对 侧门强度也有着十分明确的要求。
同时，车门还直接关系到乘员操作与上下车的方便性和空气动力特性 等。因此，车门的设计变得越来越重要。
1.2 课题研究意义
车身设计在汽车设计中， 占有极其重要的位置。 在各大总成中， 除发动 机外，车身设计工作量最大，最复杂，周期最长。在新车型的开发和改型设 计中， 发动机和底盘各总成， 一般是采用现成总成加以改进， 而车身必须重 新设计。 因而可以说， 在汽车设计中车身设计工作量最大。 而且车身设计又 是决定车型开发成败的关键因素之一， 因此， 汽车制造公司都是非常重视车

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身设计， 不断扩大车身设计队伍， 增加资金投入， 充分应用先进的设计技术 与手段，改进车身设计方法。
1.3 本文研究内容
本文首先利用三维造型软件中的逆向模块构造出中门内板最终的几何 三维模型。 其次选择适当的网格单元对几何模型进行离散化， 以获得有限元 网格模型；以合理的方式获得仿真分析中准确的材料参数、摩擦润滑参数、 工艺条件和各种约束条件等， 建立一个可直接用于仿真计算的完整有限元模 型， 并对其进行刚度分析。 最后对内板与加强板进行装配， 绘制装配工程图， 并进行装焊工艺分析。

2

第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模
2.1 建模软件简介
建模是计算机辅助造型设计的前期阶段， 也是整个造型过程的重点。 从 产品造型构思到建模思想的形成到用计算机软件实现产品的造型是一个连 贯而又非常重要的过程， 造型软件是计算机辅助产品造型设计的核心， 也是 造型师利用计算机进行产品设计的最基本的要求， 重构曲面的品质客观上取 决于所选用的造型软件的功能， 因此，选用一种合适的建模软件就十分重要。
CATIA 全名 Computer graphics Aided Three dimensional Interactive Application( 计 算 机 图 形 辅 助 三 维 交 互 式 应 用)， 由 法 国 DASSAULT SYSTEMES(达索)公司开发，后 Dassault 被美国的 IBM 公司收购。该软件 是一套集成的应用软件包， 内容覆盖了产品设计的各个方面： 计算机辅助设 计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)，它具有完 善的参数化设计环境， 非常强大的曲面造型功能、 先进的混合建模技术， 可 为用户提供从概念设计、 风格设计、 详细设计、 工程分析、 设备及系统工程、 制造及应用软件开发等面向过程的设计思想及解决方案。既提供了支持各种 类型的协同产品设计的必要功能，也可以进行无缝集成完全支持“端到端” 的企业流程解决方案。
作为 PLM 协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设 计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装 到维护在内的全部工业设计流程。在机械、航空、汽车、造船和电子等行业 获得了广泛应用，国内飞机及汽车行业中很多企业都在使用 CATIA 软件 V5 版本。
CATIA V5 具有卓越的知识智能、机械产品设计、有限元分析、 NC 编 程、数字化虚拟样机等强大的功能模块，为许多用户所青睐。 CATIA V5的 知识智能模块较好地解决了长期困扰各行业的知识重用和保留的重要问题。 它通过可视化的特征树及各种可视工具，使得三维参数化建模更加简单易 学。目前通用的 CAD/CAM 软件大多数具有参数化建模的功能，但是有些 需要通过与软件的接口编程来实现， 要求开发人员具有较高的编程水平； 有

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些则不能进行可视化的操作，需要设计人员熟练掌握软件的有关命令和操 作。 CATIA V5的可视化工具能使设计人员在可视化的环境下，高速高效地 完成三维建模工作。
CATIA 不仅强大而且功能性强，能够覆盖全部产品开发流程。 CATIA 以一体化的方式支持产品工程设计， 从初始规范直至产品的运行。 它利于产 品设计知识的重用，缩短开发周期，提高企业回应市场需求的反应速度。
本造型工作主要用到了 CATIA V5 软件包的创程式外形设计模块 (GSD． Generative Shape Design)，钣金件设计模块(SD. Sheelmetal Design) 和零部件设计(PD. Part Design)模块。
2.1.1 创成式外形设计模块功能简介
创成式外形设计是非常完整的曲线操作工具和最基础的曲面构造工具， 除了可以完成所以曲线操作以外，可以完成拉伸，旋转，扫描，边界填补， 桥接， 修补碎片， 拼接， 凸点， 裁剪， 光顺，投影和高级投影， 倒角等功能， 连续性最高达到 G2，生成封闭片体 Volume，完全达到普通三维 CAD 软件 曲面造型功能，比如 Pro/E。
完全参数化操作， 用户控制包括位置公差， 曲面细分行修改程度等一些 关键性的“承前启后”参数。
它可根据基础线架与多个曲面特征组合， 设计满足要求的复杂的车身表 面。
2.1.2 钣金件设计模块功能简介
CATIA 钣金件设计模块式设计和制造工程师可以定义，管理并分析基 于实体的钣金件。 采用工艺和参数化属性， 设计师可以对几何元素增加材料 属性这样的职能，以获取设计意图并对后续应用提供必要的信息。
2.1.3 零部件设计模块功能简介
零部件设计模块是机械设计模组下的一个模块，用于设计零部件。
2.2 三维参数化建模
汽车车身是由复杂的轮廓不规则的三维曲面构成， 车身造型是车型开发

4

第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

系统工程中最为基础的一个环节。当代汽车车身造型的显著特点之一就是利 用计算机辅助几何设计， 在计算机中建立三维汽车车身的模型。 汽车造型设 计虽然是车身设计的最初步骤， 是整车设计最初阶段的一项综合构思， 但却 是决定产品命运的关键，它是车身 CAD/CAM 设计方法的一个主要工作， 是为车身的有限元分析、 工艺设计及模具制造提供基础。 为了在工业设计师 与工程师之间架起一座数字化桥梁， 我们提出了基于三维造型软件的汽车外 形三维重建理论。
2.2.1 三维参数化建模的特点
三维参数化建模与二维参数化建模相比， 其主要区别在于三维模型更能 清晰地表达实物， 其模型参数也能更好地反映实物特征参数。 三维模型的空 间视图可以从任意方向观看模型， 比二维模型的各个平面投影视图更易于直 观考察零件的结构和其间的干涉， 使设计人员将工作重点放在零件结构设计 及其优化方面。参数化建模一直都是 CAD 设计人员探索的问题，其关键是 如何用实物的特征参数来自动控制和生成实物三维模型， 而且特征参数发生 改变能够自动地反映到三维模型中。这一技术不仅给机械产品中的标准件、 常用件和系列化产品的设计带来极大的便利， 而且它也是近来提出的“大量 定制”MC 生产方式中敏捷设计的一项基础技术。 “大量定制”是现代化制 造业的发展趋势， 它要求产品不仅能满足正常的功能， 而且还要能融入不同 客户所需的个性化特征。 这种个性化的特征可以用参数的形式表达出来， 在 客户需要时及时反映到零部件中去， 并能指导生产。 总之， 三维参数化建模 技术是一项基础性的工作， 它比二维参数建模更能体现产品特征， 更适应时 代发展的需要。它将极大地促进机械、电子等各行业发展。
2.2.2 三维参数化建模的实现方法
参数化建模的关键在于用参数、 公式、 表格、 特征等驱动图形以达到改 变图形的目的，在 CATIA V5中可通过如下的方法来实现。
2.2.2.1 利用系统参数与尺寸约束驱动图形 CATIA V5具有完善的系统参 数自动提取功能， 它能在草图设计时， 将设计人员输入的尺寸约束作为特征 参数保存起来， 并且在此后的设计中可视化地对它进行修改， 从而达到最直

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接的参数驱动建模的目的。用系统参数驱动图形的关键于如何将从实物中提 取的参数转化为 CATIA 中，用来控制三维模型的特征参数。
尺寸驱动是参数驱动的基础， 尺寸约束是实现尺寸驱动的前提。 CATIA V5 的尺寸约束的特点是将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现 对几何形状的控制。设计时必须以完整的尺寸参数为出发点(全约束)，不能 漏注尺寸 (欠约束)，不能多注尺寸 (过约束)。尺寸驱动是在二维草图 —— Sketcher 空间下实现的。草图中的 V 和H 坐标轴是尺寸约束中的参照基准， 只有草图中的图形相对于 V， H 轴的所有位置关系都确定后，该图形才能 完全约束(无过约束也不欠约束)。图形完全约束后，其尺寸和位置关系才能 协同变化， 系统会直接将尺寸约束转化为系统参数。 草图修改可通过编辑系 统参数直接驱动几何形状的改变， 为三维参数驱动提供基础。 例如在草图工 作界面中画一个圆，并且标注其直径尺寸，此后在草图中用鼠标双击标注， 弹出尺寸编辑对话框就能修改尺寸大小。
总之，三维参数化建模的好坏很大程度上取决于二维图形中的尺寸约束 与实物参数的符合程度。只有抓住 CATIA 建模特点并采取合理的二维和三 维建模方法，才能建立理想的模型。
2.2.2.2 利用用户参数和公式驱动图形 CATIA V5不仅具有系统定义的参 数，而且还有用户自定义参数。设计人员通过用户自定义参数和公式的工具， 可以很方便地定制出客户所要的各种各样的参数以及约束这些参数的公式。 CATIA V5中有几何参数(如：点、线、曲线、曲面等)、物理参数(如：长度、 质量、速度、温度、密度等)、无量纲参数(如：整数、实数)、字符型参数及 布尔型参数等 40 多种类型的参数可供用户自行选择。用户自定义公式是 CATIA V5中联系系统参数与用户参数枢纽。用户参数定义后，设计者可针 对用户参数与三维模型中对应的特征参数建立相应的公式， 从而通过用户参 数驱动系统参数，进而控制图形的尺寸。
2.2.2.3 利用表格数据驱动图形 机械产品设计中， 标准件、 通用件的尺寸 可通过查表获得，在 CATIA V5中可应用表格驱动几何图形实现这一功能。 应用表格驱动几何图形， 首先应将与零件尺寸有关的标准数据以表格的形式 存放在相应的文件中， 并建立表中数据与三维模型特征参数的联系。 通过选

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第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

择表中不同记录达到改变几何尺寸，获得所需零件的模型。在CATIA V5的 参数化设计中， 可以使用的图表有两种， 一种是文本格式的图表文件， 一种 是 Excel 格式的图表文件。客户仅须将产品的特征参数制成文本型或 Excel 型表格，通过 CATIA V5 本身自带的工具——Design Table 对表格的各条记 录进行访问，从而达到修改尺寸、改变形状的目的。
2.2.2.4 利用规则与检验控制特征驱动图形 CATIA V5可通过规则和检验 对三维模型的特征进行控制和检查。规则是由用户定义的在一定条件下控制 某些参数、特征和事件的指令。用 VBScript 语言可以方便地编写规则，控 制参数、 特征和事件。 检验只是用户编写的一条简单的指令， 不影响参数值。 检验被执行时， 它会针对图形中参数的异常变化， 警示设计人员， 防止不符 合要求的参数破坏原有的三维模型。
2.3 全局观在基本建模中的技巧体现
CATIA V5 基本建模技巧(Basic techniques of modeling) 是基本建模方法 的升华。 它可以反映一个模型的诸多性质， 每一个模型均是建模技巧的堆积 集合。注重全局观的体现，可以使建模快捷，缩短设计周期，使模型质量提 高，产品成本下降，竞争力提高。
2.3.1 全局建模中特征树的规范化
特征树(Specification Tree)是整个建模过程中全局性的一个索引目录， 也 是二次开发的一个流程。如果不注意建模的次序问题和特征树的规划问题， 会导致屏幕上的特征树较乱，各种实体特征如凸台、凹槽、旋转体、旋转槽 及孔和参考的几何元素(Reference Elements)点、线、面杂乱地罗列其上，在 修改扩展和管理时会显得麻烦。在插人菜单中可以使用命令插入新的几何体 (Body)与几何图形集(Open Body)，然后对这些新集重命名，使其清晰可辨， 最后再集中创建各种各样的实体特征和辅助的几何元素， 将有关联的归集在 一起，方便辨认修改。特征树中默认的“零件”在参与布尔运算 (Boolean Operations)时有一定限制，在使用布尔运算成形零件时，较好的方法是不要 在“零件”中建立任何特征，而将特征建立在其他“几何体”中，最后将其 总成到已经重命名为“零件”的零 /部件几何体中。这样便从全局上规范了

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模型，提高了模型品质，使模型结构清晰明了。
2.3.2 全局中材料去除/添加特征的顺序
材料去除特征有孔特征(Hole)， 凹槽特征(Pock—et)等， 材料添加特征有 凸台特征(Pad)，旋转体特征(Shaft)等。在设计建模过程的前期，就应该立足 全局，注意不同性质特征的先后顺序问题， 将材料去除特征靠后添加就更好， 可提高效率、减少失误，方便维护。
2.3.3 全局中倒角等特征的放置顺序
倒角(Fillet)是零件中一种修饰特征，分为倒圆角和倒角，由于倒角是一 种依附于实体的特征， 在其操作中就会有一些限制。 因此在立足全局使用倒 角时有一定的技巧。 如果在仅完成部分实体建模之后就添加倒角， 在设计后 期要对加有倒角的实体进行操作时就会出现一些意想不到的问题， 所以应注 重设计的全局结构，将倒角特征放在最后。
2.3.4 全局中轴建模方法的选择
创建轴的方法有很多种， 其中最为常用的是旋转成形(Shaft)和拉伸成形 (Pad)，这两种方法各有特点，如果在平时的设计工作中不注意立足全局来 比较选用， 容易导致轴类零件的修改、 维护和扩展困难。 旋转成形的特点是 建模速度快捷， 能一次成形， 缺点是在对轮廓复杂草图的约束控制上需要一 定的技巧， 否则修改时容易变形， 而且在直接通过轴径参数来设计时显得不 方便。 而在使用拉伸法时， 不同轴径部分直接通过轴径参数生成， 各个轴径 部分可以单独修改， 因此在只须修改轴体小部分时显得快捷高效。 全局考虑 不仅方便了各个轴段轴径的灵活修改，为以后的设计修改创造了良好的前 提，也为后面的力学分析及仿真奠定了基础。
2.4 外形修正及分析
在车身曲面创建过程中的各个阶段或者创建完成后， 都要根据不同的对 象用相应的方法进行分析检查， 要随时检查所建曲面的状况， 分析检查是贯 穿整个建模过程的，是保证数模质量的重要手段。 CATIA V5提供的强大的 曲面检查分析工具，为设计人员评估曲面质量提供了条件。

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第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

门的表面可分为外表面， 内部可见面和内部不可见面， 对于外表面的曲 面质量要求达到 G2 连续(class A 标准)，即曲率连续；对于内部可见表面的 曲面质量要求次之，达到 Gl 标准(B—Surface 标准)，即切线连续；对于不 可见表面，达到 G0 标准(C—Surface 标准)，即点连续。
曲面的质量分析，一般采用斑马线分析、光照分析等方法。
2.4.1 斑马线分析
可以用等距离的黑色条纹， 观察条纹在曲面上的反射情况， 从而分析曲 面的状态及品质。 当斑马线的黑白条纹清晰， 分布均匀有规律时， 我们即可 认为该曲面的创建是比较成功的，达到了预期的光顺要求。
2.4.2 光照分析
就是在普通光照条件下变换曲面的角度， 看曲面上的反射光的效果， 这 时的效果与实际加工出来后的效果是一致的。 也就是说， 在光照条件下的曲 面效果是什么样，则数控加工出来后的表面在光照条件下就是什么效果。
车门全部曲面生成且拼接后，要对整体曲面进行评价，可以利 CATIA 软件进行光照效果渲染检查汽车整体造型效果， 通过变换观察角度、 改变光 源位置、 变换曲面的颜色等手段来检查曲面的拼接光顺性， 再根据处理后的 图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光顺度。图像明暗度变化比较均匀， 则曲面光顺性好， 如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大， 则 曲面光顺性差。 车门曲面造型完成以后， 可用彩色打印机输出彩色造型效果 图，也可用大屏幕投影设备在大屏幕上显示，还可以利用环境贴图和打光， 将对象与环境和照明一同显示，充分表现 3D 对象。
2.4.3 对称检查
车身测量时一般以中线为对称轴， 只测量其中的一半， 车身的逆向造型 仅取半边的云点进行编辑设计， 而车身外表面必须要保证在对称后， 对称线 两侧曲面曲率连续， 因此对称检查也是非常重要的一步。 引擎盖在对称操作 后对曲面的检
需要注意的是， 对称检查仅仅是一个对称检查工具， 它不能自动保证对

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燕山大学本科生毕业设计(论文)
称线两侧曲面曲率的连续性， 两侧曲面曲率连续的条件是在基本曲面构建时 需要考虑与控制的。
2.5 中门内板及加强版三维建模的步骤与方法
CATIA 本身就带有可视化尺寸驱动与参数驱动功能，极大地方便了三 维建模，无需或极少的编程即可实现三维参数化建模。
2.5.1 中门内板建模
2.5.1.1 已有片体的参数测量 CATIA 有强大的三维测量功能，对已有片 体进行测量，可以检测出体积、面积、质量、重心、长度和角度等值，如图
2-1。

图 2- 1 参数测量
2.5.1.2 大平面部分的建模过程 窗框下方部分可看成是一块大平面经过 冲压折弯等工序完成，因此可用钣金件设计模块进行 3D 建模。
(1)通过 Sheet Metal Parameters 命令创建钣金件参数；
(2)在已有片体上创建三点，建立平面；
(3)在以创建平面上通过 Wall Definition 命令创建墙；

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第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

(4)在钣金件表面， 通过 Surface Stamp， Louver 等命令创建玻璃升降器， 加强版固定位置等处的凹槽和凸台；
(5)通过 Wall On Edge 命令创建边上墙；
(6)在几何体 1 中通过命令 Cut Out 命令创建切口；
(7)通过 Surface Stamp， Louver， Flanged cutout 等命令创建出更多细节，
如图 2-2；

图 2-2 内板模型 1 (8)插入新的几何体：几何体 2，几何体 3，几何体 4，并用同样的方法
在每一个几何体中建立新的钣金件，如图 2-3。

图 2-3 内板模型 2

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燕山大学本科生毕业设计(论文)
2.5.1.3 窗框等不规则曲面的建模过程 窗框等不规则曲面可以通过创成
式外形设计模块做出。
(1)通过桥接曲面和多截面曲面命令将切口 4 与几何体 2 的边界连接起 来，并保证连接处相切；
(2)通过桥接曲面命令将切口 5 与几何体 3 的边界连接起来，并保证连 接处相切；
(3)延窗框前立柱创建多个点，通过样条线命令创建样条线；
(4)沿样条线创建多个与样条线相垂直的平面，并通过相交命令求出各 个平面与已有几何片体窗框前立柱的交线；
(5)通过多截面曲面命令做出窗框前立柱；
(6)用同样的方法做出窗框后立柱；
(7)通过扫掠命令做出窗框上部，如图 2-4；

图 2-4 内板模型 3
(8)通过分割命令、扫掠命令、多截面曲面命令、外插命令、桥接曲面 命令、接合命令等，做出窗框一角处的复杂曲面，如图 2-5 和图 2-6；

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第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

图 2-5 内板模型 4

图 2-6 内板模型 5
(9)用同样的方法做出其它复杂曲面，如图 2-7 至图 2-9 所示。

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燕山大学本科生毕业设计(论文)

图 2-7 内板模型 8

图 2-8 内板模型 9

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第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

图 2-9 内板模型 10
创建不规则曲面时应注意的问题：
由于曲面是在曲线的基础上生成的， 生成正确的空间曲线是获得曲面边 界、 生成三维曲面的基础， 也是造型工作中的关键， 对曲面的光顺有着决定 性的影响。曲线构建时应适时地对曲线的质量进行检查，并适时进行调整。 曲线构建时我们同样不能忽视对曲面质量的及时检查和调整。
构建曲面时要遵循一些基本思想， 如先构建大面后建小面， 同时可以用 大面构建的曲面绝对不用小面拼接； 另外汽车上的圆弧面， 都可以认为是两 个基本面间的圆角面，先构建基本平面，然后进行圆角处理；
在两张曲面之间生成第三张过渡曲面也是车身设计中常用的功能。 由于 这些过渡面的圆角较小， 形状狭长， 精确测量是极其困难的， 在造型时不将 它作为主曲面处理， 不需要做出两曲面的理论交线， 而是在拟合好两张主曲

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面后自动生成过渡面，并且保证与主曲面之间相切就可以了。
在某些部位有对称要求或在多块曲面间有连续性要求时， 构建基本曲面 时就应考虑连续性的控制问题。
对车身表面分块造型后， 将各部分装配到一起， 然后先进行车身各部分 曲线缝合， 再进行曲面缝合。 为了使曲面间能做到曲率连续， 对一些区域要 进行必要的细化处理使之过渡自然、流畅、美观，以达到完美的造型效果。 2.5.1.4 裁剪与结合
钣金件与曲面都完成后， 在零部件设计模块中裁剪钣金件， 使钣金件与
曲面很好的结合在一起，如图 2-10。

图 2- 10 内板模型 11

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第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模

2.5.2 内腰加强板建模
用同样的方法可做出加强板，如图 2-11。

图 2- 11 加强板模型
2.6 本章小结
本章通过三维建模软件 CATIA 中的三个模块，对中门内板及加内腰加 强板进行了三维建模，基本可以达到具体零部件的基本设计要求。在利用 CATIA 进行建模过程中， 它所提供的强大的曲面设计功能为缩短车身开发周 期，降低开发成本准备了一些必要的条件。

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第 3 章 中门有限元建模及刚度分析

世界各大汽车公司产品开发和研究部门都制定了车门系统设计的技术 规范。为了保证车门性能要求，需要对白车门进行 CAE 分析，传统的 CAE 分析是采用有限元分析方法(FEM)，内容主要包括车门扭转刚度分析和车门 挤压刚度分析等。
3.1 有限元分析方法介绍
有限元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方 法。