3.2 车底主要附件模拟
建立车体钢结构后，还应对车体主要附件进行模拟。由于车体附件种类繁多，对车体进行模态分析时，以钢结构为主，并考虑主要附件如空调、柴油发电机组等。一般采取以下三种方法模拟附件[2]：
1.通过增加板厚，使钢板增加的重量等于附件重量。
2.通过在对应连接处的节点上添加质量单元(均分)。
3.通过修改材料密度，将全部附件质量均分到整车结构，不考虑刚度贡献。
4.通过在附件重心处建立质量点，然后利用RBE3/Rigid单元将该质量点连接到附件固定处。
这四种方法都可以对附件进行初步模拟。但车体上还存在着大量无法准确模拟的部件：车体内墙板、木梁、空调风道、制动管道、行李架、座椅、车内间壁、厕所、地板防寒材等。这些部件对车体整备的刚度和重量均有所贡献，但无法详细模拟。本文主要分析车体地板振动，故需对车体底部配件进行质量和刚度模拟，如柴油发电机组、燃油箱、启动电池组等，具体参数见表3。
根据车底附件与车体连接的特点，本文选用第四种方法模拟车体底架附件，如图12~13。其中选用了连接单元Rigid分别建立模型，依据模态分析结构确定能合理模拟柴油发电机组与车体连接的模型。
附件对车体模态有两种影响[2]：一种是附件质量刚度较集中，如柴油发电机组、空调、蓄电池等，提高车体局部刚度，但对整体模态影响不大，本文属于该种情况；另一种是附件质量刚度较分散，如木结构、内墙板、防寒材、风道等，对整体刚度影响较大。
本文主要分析柴油发电机组对车体地板结构振动的影响，所以重点模拟柴油发电机组附件（启动电池、柴油发电机组、燃油箱等），而忽略车体其他附件。
图12 车体下吊柴油发电机组（Rigid）模型
3.3 模型的检查及修改
3.3.1 网格质量检查及修改
当模型网格质量太差时，甚至无法求解，因此需要检查网格质量。HyperMesh可以利用Check面板（快捷键F10）对1D单元、2D单元和3D单元进行质量检验，并找出质量较差单元。2D单元需要检查的关键项如下：
1.翘曲 (Warpage)表示单元变形量，当边缘没有变形时其值为0。四边形翘曲角即沿对角线计算两个三角形所成角的最大角，很明显三角形无翘曲，见图14。
2.雅阁比(Jacobian)表示单元偏离正多边形的程度，理想值是1。推荐模型中雅阁比的最小值大于0.5。
3.宽长比(Aspect Ratio)为单元最长边与最短边的比值。宽长比的理想值为1。推荐模型中宽长比的最大值小于20。
利用单元检查功能找出质量不合格的单元。一般较多单元质量不合格时，很可能在某处集中出现，很容易修改。单元质量不合格时，可通过节点替换(快捷键F3)、删除单元（快捷键F2）、创建或劈分单元（Edit element）等操作进行处理。经过质量检查及网格修改，本模型网格质量达到要求，具体见表4。
表4 车体模型2D网格质量
3.3.2 网格连接性检查及修改
由有限元原理可知，在组装矩阵求解过程中，各单元之间通过节点相关联。如果在焊接处或平板内没能处理好节点的连接，就无法准确反映物理结构，如图15所示。
该车体模型单元数量较多，节点替换（快捷键F3）工作量太大，需利用HyperMesh提供的Edge工具在单元自由边处生成红色的Plot单元，可高效的完成网格连接性检查及修改功能，如图16。
图16 利用Edge对车体模型及地板进行网格连接性检查
4 小结
本章利用HyperMesh建立了车体详细模型。首先，建立了车体刚结构模型，并对其网格质量和连接性进行了检查。主要利用壳单元和梁单元来模拟无中梁薄壁筒形车体结构，利用HyperBeam可以对梁截面的形状和尺寸进行快速设置。然后，模拟车体地板下吊的柴油发电机组，建立质量单元模拟其质量，并利用连接单元（Rigid）模拟其刚度。建立详细的25型客车有限元模型作为分析的基础。
5 参考文献
[1] 严隽耄，傅茂海.《车辆工程》.第三版.北京：铁道科学出版社，2009
[2] 郝鲁波．客车模态计算与试验研究：[硕士学位论文]．大连：大连理工大学，2005
[3] Hypermesh User Handbook
Modeling of Type-25 Passenger’s Train Based on HyperMesh
Zhang Yan
Abstract : With the finite element method in the depth of the technical department of the railway vehicle plant applications, HyperMesh as a powerful CAE pre-processing tool plays an increasingly important role. This paper shows the modeling of type-25 passenger’s train which is widely used, including chassis, side walls, end walls and roof, as well as bodywork accessories, providing the basis for analysis.
Keywords: Type-25 Passenger’s Train HyperMesh HyperBeam
