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在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，對鋼板的需求越來越傾向于高質(zhì)量、良好的特性及輕量化，而基于輕量化的要求，鋼板及高強度鋼板被更多地使用。由于汽車覆蓋件大都是大型薄板沖壓件，其相對剛度，板厚與零件的最大輪廓尺寸之比非常小，從而導(dǎo)致其剛度比較差。目前，對汽車車身剛度的實驗仍然是汽車車身開發(fā)過程中的一個不可替代的重要環(huán)節(jié)。正是在此工業(yè)背景的驅(qū)動下，對汽車覆蓋件剛度的測量受到越來越多的關(guān)注，而固定式剛度測試儀正是針對大型汽車覆蓋件剛度測量的高精度測量儀器，所以需要對其進行詳細的有限元分析。
固定式剛度測試儀初定方案。固定式剛度測試儀初定方案為豎直滾珠絲杠在機架右端，通過豎直絲杠上端步進電機帶動橫梁升降，加載系統(tǒng)位于橫梁上，通過步進電機帶動可在橫梁導(dǎo)軌上左右移動。數(shù)值模擬相關(guān)參數(shù)主要指剛度測試儀幾何簡化模型中各部分的材料屬性。材料屬性是與幾何模型無關(guān)的本構(gòu)關(guān)系，典型的材料特性包括彈性模量、密度、熱膨脹系數(shù)等，不涉及熱分析求解，且所有材料均為線性材料。
機架上螺栓連接和銷連接對整體結(jié)構(gòu)的剛度影響較小，其連接處均簡化為剛性連接，豎直滾珠絲杠連接的步進電機、聯(lián)軸器等簡化為集中力為294N，方向垂直向下，加載系統(tǒng)重241N，方向垂直向下，橫梁圓管上滾珠絲杠、步進電機等的重力均勻分布到橫梁上，則橫梁圓管的等效密度為： 10.4xe3 kg/m3，兩邊立導(dǎo)柱和橫梁圓管兩端的滑套之問定義為面接觸，材料分別為45鋼和錫青銅，摩擦系數(shù)為0.1。
機架有限元模型均選取Solid95單元，機架的網(wǎng)格劃分采用映射網(wǎng)格和自由網(wǎng)格相結(jié)合的方式，網(wǎng)格劃分后的有限元模型。
分析的目的主要是考慮豎直滾珠絲杠位于機架右端是否會由于橫梁兩端錫青銅襯套與立導(dǎo)柱之問的摩擦較大且不均而導(dǎo)致橫梁不能平穩(wěn)升降。又因錫青銅襯套和立導(dǎo)柱之問的摩擦力與壓力成正比，因此選取錫青銅襯套為分析對象。橫梁升降時為空載，在此選取加載系統(tǒng)分別位于橫梁導(dǎo)軌的左端、中問和右端時對錫青銅襯套進行應(yīng)力分析。初定方案錫青銅襯套的應(yīng)力云圖。
優(yōu)化后，豎直滾珠絲杠位于機架中問部位，整體結(jié)構(gòu)對稱。有限元分析時，機架有限元模型的單元類型選取、幾何模型簡化原則、網(wǎng)格劃分均和初定方案相同。為了驗證優(yōu)化方案的合理性，同樣以橫梁兩端錫青銅襯套所受的應(yīng)力為分析對象。
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