白车身扭转刚度分析与优化
白车身扭转刚度分析及优化_翁洋-13
白车身扭转刚度分析及优化翁洋张伟（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海，200804）摘要：白车身结构是否具备合理的静态扭转和弯曲刚度对于提升整车的结构耐久和NVH性能是至关重要的。
不同的车型，刚度的目标值也不同。
车身结构的刚度值可以通过试验或者有限元分析得到，使用有限元方法来模拟白车身刚度试验，通过试验结果来验证有限元分析的正确性。
BIW Torsion Stiffness Analysis & OptimizationAbstract：Adequate static torsion stiffness of BIW is essential for better overall durability and NVH performance. Stiffness targets vary for different vehicles. The stiffness can be evaluated experimentally and analytically. The FE results can be used to correlate CAE to testing data.引言在小型乘用车设计开发中，对车身结构设计进行有限元分析计算是有效缩短产品开发周期、节约产品开发及实验费用、提高产品可靠性的重要技术手段。
因此车身的扭转和弯曲刚度作为衡量车身设计的一项重要条件，对其进行准确的分析计算成为设计开发中的一项不可缺少的重要内容。
为了和白车身刚度试验结果对比，分析中所需的零件需要和试验一致。
可以通过优化软件进行DOE分析，并根据分析结果调整对产品性能起主要作用的参数进行优化设计。
建立有限元模型本文所涉及的有限元模型采用Hypermesh进行前处理。
网格模型由Quard4、Tria3单元以及相应的焊接单元构成，并且单元质量符合指定的建模标准。
模型结构如图所示白车身结构网格模型边界条件后减震塔约束3个方向的自由度，前横梁中心约束5个方向的自由度。
基于有限元的白车身模态刚度CAE分析及其优化
摘要汽车工业发展到今天，汽车车身已成为影响其各种性能的最大组成部分之一，特别是轿车车身，它在很大程度上决定了汽车的商品价值和销售市场。
近几十年来，人们对汽车的安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求越来越高；由于能源的紧缺和激烈的汽车市场竞争，又迫使汽车要实现轻量化并尽可能降低成本，因而引发材料工程与制造业巨大的变化，并促使设计理念和设计方法不断改进。
有限元法是关于连续体的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它在车身结构分析中发挥着重要的作用。
本论文利用先进的CAE技术，以某轿车白车身为主要研究对象，在Hyperworks软件下，建立了轿车白车身详细有限元模型，进行白车身自由模态分析、扭转工况和弯曲工况下的白车身刚度分析，以检测白车身是否满足基本的模态刚度要求。
并利用CAE 软件进行白车身钣金件的优化，以达到轻量化的目的，提高白车身的经济性和安全性，满足市场需求。
关键词：白车身模态刚度Hyperworks 优化备注：因要遵循公司保密条约，本论文数据已处理。
Modal and Stiffness Analysis and OPtimizationon Body-in-whiteof Car Based on Finite Element MethodAbstractAutomobile industry development today, the body has become the various properties of the largest part of the car body, in particular, it largely determines the value of the goods and the sale market of automobile. In recent decades, the vehicle safety, comfort, economy, reliability and durability of the increasingly high demand; because of the shortage of energy resources and the car market with intense competition, and forced the car to lighten and reduce costs as much as possible, and thus lead to materials engineering and manufacturing industry tremendous changes, and make the design concept and design method of continuous improvement. The finite element method is a kind of continuum discrete numerical calculation method, the mechanics model to approximate the numerical method,the body-in-whit structure analysis plays an important role.In this paper, the use of advanced CAE technology, to body-in-whit as the main research object, in Hyperworks software, establish the detailed finite element model of body-in-whit, for white body free modal analysis of torsional and bending condition and working condition of BIW stiffness analysis of body-in-whit, to detect whether meet the basic modal stiffness degree requirements. And the use of CAE software for white main body sheet metal parts optimization, has reached the goal of lightening the body-in-whit, improve the economy and safety of, meet market demand.Key words:Body-in-whit Moda Hyperworks Stiffness Optimization目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要. (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外车身CAE技术研究现状 (2)1.3本文的主要内容 (3)第二章有限元法理论 (4)2.1引言 (4)2.2有限单元法和白车身刚度的基本原理 (4)2.2.1有限元和模态分析基本理论 (4)2.2.2白车身扭转刚度基本理论 (5)2.2.3白车身弯曲刚度基本理论 (7)2.2.4白车身门窗开口变形理论 (8)第三章某轿车白车身有限元建模 (9)3.1引言 (9)3.2建模要求 (9)3.2.1网格标准的确定 (9)3.2.2网格质量要求 (9)3.3建模的基本步骤 (10)3.3.1建模原则 (10)3.3.2单元类型的选择 (10)3.3.3连接方式的选择 (10)3.3.4单位制及材料特性 (11)3.2.5模型的装配 (11)第四章轿车白车身模态分析 (13)4.1白车身模态分析的意义 (13)4.2白车身模态分析的基本设置 (13)4.3白车身模态分析结果分析 (13)4.4本章小结. (16)第五章轿车白车身刚度分析 (17)5.1引言 (17)5.2白车身扭转工况分析 (17)5.2.1加载及约束条件 (17)5.2.2白车身扭转刚度结果表达及评价标准 (18)5.2.3轿车白车身扭转刚度数据处理及分析结果 (18)5.3白车身弯曲工况分析 (22)5.3.1加载及约束条件 (22)5.3.2白车身弯曲刚度结果表达及评价标准 (22)5.3.3轿车白车身弯曲刚度数据处理及分析结果 (23)5.4本章小结 (25)第六章轿车白车身优化分析 (26)6.1引言. (26)6.2优化分析的基本原理 (26)6.3优化分析的基本步骤 (27)6.3.1在Hypermesh中完成相关设置 (27)6.3.2提交Nastran完成计算 (28)6.3.3提取灵敏度信息 (28)6.3.4确定优化方案 (28)6.4白车身优化结果分析 (28)第七章结论与展望 (29)7.1本文结论 (29)7.2工作展望. (29)参考文献 (30)致谢 (32)第一章.绪论1.1引言近几年，我国汽车工业快速而稳步发展，打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择。
基于NVH的白车身扭转刚度分析与研究
光杆两端都固定有同步带轮侗时驱动两侧的边缘滑轨，使受
力均匀，其中2对用于支撑的光杆起导向作用；中央的支承 滑轨由2对光杆驱动，受力均匀;支承滑轨下端的丝杠配有1
对光杆，使得支承座在运动时受力均匀;支承滑轨四角固定有
4根由于支撑的光杆，使得机构在运行时保持稳定;支承座四
某车型在受到静态载荷时所产生的扭转刚度进行力学分 析，根据车身实际受外载荷的情况下设定一定的边界约束
形式和加载方式，建立有限元模型。通过CAE计算分析
与刚度试验验证，找出车身因刚度不足引起车身的共振 点，达到提高车身局部刚度的设计要求。
关键词：白车身;有限元分析;扭转刚度
0 引言
汽车车身是在运动过程中主要的承载对象，由于它的 组成零件繁多、结构复杂及工况复杂，其中主要工况包括驱 动惯性力、制动惯性力、转弯惯性力、不平路面反作用力及 不同位置的发动机总成载荷。例如驾驶员和乘客的重量使 车身底板承受重力，侧围板的重力产生的扭矩及路面不平 产生的随机载荷使车身发生扭转。在现代车身结构进行设 计时，若汽车车身刚度不足会引起车身振动频率过低导致 结构共振,进而削弱结构接头连接强度，最终引起门窗、门 框、行李箱开口和发动机罩口等处变形较大使车门卡死、玻 璃破碎、密封不严以致渗风、漏雨及内饰脱落等。因此对汽
沿Z向且相反的集中载荷为1850 N （如图2所示）。由 Hypermesh分析得到车身扭转刚度位移云图（如图3所
示），可知最大变形量为3.844mm,则车身左右前悬置处的
Hale Waihona Puke 最大扭转角由公式（1）得amax max
=
arc tan—―L —
=
0.244°
最大扭转刚度由公式（2）得
基于扭转刚度的白车身减重优化
机电技术
2019 年 2 月
基于扭转刚度的白车身减重优化
李文彬
（东南（福建）汽车工业有限公司，福建 福州 350119）
摘 要：白车身（Body in White，BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各方面的性能有着直接或间接 的影响。以某 SUV 车型为研究对象，运用 HyperMesh 软件建立了 BIW 的有限元模型，并对 BIW 的扭转刚度进行了仿真分 析；为了提高 BIW 的扭转刚度，利用 OptiStruct 软件分析了零件板厚对扭转刚度的灵敏度，得到了影响 BIW 扭转刚度的关 键区域；基于灵敏度分析结果，从板厚、焊点两个方面对扭转刚度进行了优化；对比最终优化前后的结果，扭转刚度增加了 16.6 %，质量减少了 3.9 kg。
1 BIW 扭转刚度的数值计算
1.1 BIW 有限元模型的建立
本文用于分析扭转刚度的 BIW 模型主要包括
A 柱、B 柱、C 柱、地板、顶棚、前后围等部件，不包 括玻璃和 IP 横梁。利用 HyperMesh 软件对各个零 部件进行有限元网格划分，划分网格时采用四边 形单元和三角形单元混合建模的方法，平均单元 尺寸为 7 mm，同时控制单元的网格翘曲度、雅克 比、四边形及三角形的最大最小内角等满足质量 指标。根据 BIW 的结构特点，粘胶采用 adhesives 模拟，焊点采用 acm 模拟、焊点直径为 6 mm，螺栓 连接等其他连接方式采用 rigid 单元模拟。整个 BIW 有限元模型共有 977 352 个单元，如图 1 所示。
效于在连线中点处加载 2000 N·m 的力矩。
车身扭转刚度定义为：
KT
=
M θ
=
M
arctan[
d1
白车身扭转刚度分析方法对比-顺便谈谈蔚来ES8
白车身扭转刚度分析方法对比-顺便谈谈蔚来ES81概述在上一篇文章《白车身弯曲刚度分析方法对比》中，我们介绍了白车身弯曲刚度分析方法，在这一篇文章中我们将接着介绍扭转刚度分析方法。
因为同属车身刚度分析，所以本文重复了上一篇的少部分文字。
好在两篇文章都是本人所作，并不涉嫌抄袭。
白车身刚度是整车设计的一个重要指标，它决定了车辆在外力作用下抵抗变形的能力。
白车身刚度与整车多项性能均有关联，例如耐久性能、碰撞安全性能、操稳性能和NVH性能等。
通常我们主要关注两个车身刚度指标，即弯曲刚度和扭转刚度。
当前的主流设计趋势就是在控制成本和重量的前提下，尽量将车身弯扭刚度提升。
对于乘用车而言，白车身的扭转刚度相比弯曲刚度更值得关注。
白车身的失效形式以扭转疲劳为主，当扭转刚度不足时，车身在外力作用下将发生较大的扭转变形，反复加载后局部薄弱点就可能疲劳破坏。
如果车身扭转刚度不足，行驶时车身变形较大，可能导致整车各部件之间发生摩擦异响；尤其是背门框和侧门框会产生较大的洞口变形量，影响车辆动态密封性能。
白车身扭转刚度对整车操稳性能也有明显影响。
白车身扭转刚度还是白车身轻量化程度的重要表征。
国际上流行的一个重要的车身设计指标—轻量化系数，就是根据白车身扭转刚度、白车身质量、轴距和轮距计算得到的。
相比白车身弯曲刚度分析方法，扭转刚度分析方法还不算特别混乱，但也存在很多不一致的地方。
本文将对国内汽车业内常用的几种白车身扭转刚度分析方案作对比分析。
在本文的末尾，还将对最近热度非凡的蔚来ES8白车身扭转刚度数值进行简单的点评。
2有限元模型对比虽然名称叫白车身扭转刚度分析，但所用的白车身有限元模型并不一定是传统意义的BIW模型。
有些主机厂所分析的模型是BIW，有些则是BIW加风挡玻璃也就是所谓的BIP模型。
对于电动车而言，分析模型还可能是BIW+电池包，或者BIP玻璃+电池包。
其中BIP模型使用的最为广泛。
上面所提到的BIW，指的是焊接或者铆接车身的本体部分，不包括四门两盖、仪表板支撑横梁、翼子板等部件以及粘在车身的玻璃。
某铝制物流车白车身刚度灵敏度优化分析
0前言为了应对日益突出的能源危机和环境污染，实现可持续发展，轻量化已成为汽车产业的发展方向之一。
由于车身质量占整车质量的40%~50%左右，因此车身是轻量化设计的关键总成[1-2]。
然而，在实际路况中，车身需要承受弯曲、扭转、颠簸、转弯、制动、驱动等各种载荷，因此，车身刚度性能设计的合理与否将直接影响到整车的可靠性、安全性、NVH等多方面性能[3-5]。
所以，如何在保证刚度的基础上实现轻量化是车身设计的重要课题。
此外，传统汽车多为钢制，铝合金因具有质轻、可塑性强、回收好等一系列优良性能而被广泛应用，目前越来越多的汽车采用铝制材料[6-8]。
然而国内铝合金车身的应用尚未成熟，文献中关于铝制汽车方面的研究也相对较少，因此对铝制白车身进行研究具有十分重要的意义。
作为轻量化设计的技术手段之一，灵敏度优化分析广泛应用于汽车概念设计及详细设计阶段[9-11]。
本文以某铝制物流车白车身为研究对象，建立有限元模型，在对初始方案进行刚度分析的基础上，以白车身质量最小为优化目标，以白车身弯曲刚度不低于目标值为约束条件，以白车身料厚为设计变量，得到弯曲刚度对车身料厚的灵敏度，对灵敏度大的车身料厚进行加厚处理，对灵敏度小的车身料厚进行减薄处理，最终得到优化后的车身料厚分布。
1灵敏度优化分析理论灵敏度是设计响应对设计变量的偏导数，反映出设计响应对设计变量变化的敏感程度[12-13]。
对于有限元方程：KU=P（1）式中，K为刚度矩阵；U为单元节点位移矢量；P为单元节点载荷矢量。
两边对设计变量X求偏导数：∂K∂X U+K∂U∂X=∂P∂X（2）则节点位移向量U对设计变量X的偏导数为：∂U∂X=K-1(∂P∂X-∂K∂X U)（3）一般来说，设计响应是位移矢量U的函数：g=Q T U（4）所以设计响应对设计变量的偏导数为：∂g∂X=∂Q T∂X U+Q T∂U∂X（5）由此即可求得目标函数和约束函数对设计变量某铝制物流车白车身刚度灵敏度优化分析杨珊，夏德伟，王雪飞（辽宁忠旺集团有限公司产品设计与应用研究所，北京100102）摘要：以某铝制物流车白车身为研究对象，通过建立有限元模型对其初始方案进行弯曲刚度和扭转刚度分析。
SUV白车身扭转刚度的分析与优化_熊辉
日习则学不忘，自勉则身不坠。
— — —徐干
－ 43 －
３）前轮罩处增加接头布置，形成完整的环状路径， 增大环状结构截面面积，加大结构加强件料厚。
４）关键接头部位增加结构胶和焊点，提升车身扭 转刚度。
通过灵敏度分析以及车身结构优化设计，最终计 算得到白车身扭转刚度是 １７ ８７０ Ｎ·ｍ（／ °），提升量为 ４ ０２１ Ｎ·ｍ（／ °），提升率为 ２２．５%，满足项目设定目标。 同时白车身弯曲刚度提升了 １６．７%，弯曲和扭转模态也 得到了有效的提升。
极大提高产品可靠性。因此针对车身的扭转刚度对白 车身进行准确的有限元建模分析成为设计开发中一项 不可缺少的重要内容。
某款 ＳＵＶ 车型扭转刚度分析思路，如图 ３ 所示［２］， 首 先 把 工 程 设 计 ＣＡＴＩＡ 数 模 导 入 有 限 元 分 析 软 件 ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，然后进行单个零件网格建模、连接、支撑、
参考文献 ［１］ 高云凯，蓝晓理，陈鑫． 轿车车身模态修改灵敏度计算分析［Ｊ］． 汽车工
程，２００１，２３（５）：３５２－３５５． ［２］ 仇彬． 轿车白车身扭转刚度分析及结构优化设计［Ｄ］． 安徽：合肥工业
大学，２００７：１８． （收稿日期：２０１５－０９－２７）
人能不食十二日，惟书安可一日无。
— ——陆游
考虑到白车身的受力传力复杂性，本次采用的是 详细有限元模型。建模重点过程分为结构优化、单元 选取、单元数量和质量控制、网格布局及连接方式模
步分析，分析各个环的截面和连续性等；然后挑选出各 个环中的关键件并进行简化建模和灵敏度分析，白车 身简化模型图，如图 ７ 所示。灵敏度分析可以迅速找出 对白车身扭转刚度影响的关键部件并分析出贡献量， 为后期设计优化提供重要的支持。
实验 白车身弯扭刚度测试【汽车车身结构与设计】
选择弯曲刚度/扭转刚度
进入系统，点击左上方的型号管理，进入子模块，见下图。
添加型号
根据实际参数填写
导出实验报告
保存
系统工作原理示意图
弯曲刚度测试
扭转刚度测试
• 实验步骤：
1. 固定加载梁并使其水平。 2. 布置传感器，根据软件要求测得数值，输入软件。 3. 实验准备
a．选择弯曲刚度（左）。 b．选择型号。 c．预加载（点击预加载按钮）。 注：预加载是为了消除机械间隙，消除实验误差。 4. 开始实验 点击开始按钮即可。 6. 导出实验报告 a. 点击报告按钮，进出下图界面。
实验汽车白车身静态弯曲扭转行模拟工况试验在试验条件下进行弯曲刚度测试
实验 汽车白车身静态弯曲、扭转刚度测试
• 实验目的及要求
1. 被测试车身部件按照使用过程中的约束条件和载荷条件进行模拟工况试 验，在试验条件下进行弯曲刚度测试。 2.测定承载式车身在静载荷作用下的弯曲变形状态，从而计算并评价车身 结构的刚度是否合适。 3.通过试验测得各位移传感器变化量。 4.分析车身承受静态弯曲载荷时的结构变形。
•实验设备
汽车白车身刚度检测台，工控机，附带工具（线性位移传感器、力传感器、 数据采集系统），白车身。
车身刚度测试试验台
•实验原理（1）测量车身弯曲挠度，计算弯曲刚度；
（2）测量车身扭转角，计算扭转刚度。 在车身集中或分散加载，力按步长1000N分4次加载，共加载4000N，距B柱和C 柱之间的刚性夹具在地板中部的横梁施加集中力，力的作用效果通过夹具传递给 车身。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号：1006-0871(2006)S1-0222-03
计算机辅助工程 COMPUTER AIDED ENGINEERING
Vol. 15 Supp1. Sep. 2006
白车身扭转刚度分析与优化
罗 伟，周定陆
(长安汽车股份有限公司，重庆 400060)
摘 要：对某白车身建立有限元模，利用 MSC Nastran 软件进行扭转刚度和模态分析，在此
1.0
A018
1.0 0.710 1 0.7
A085
1.4 0.8
1.2
A020
2.0 1.6
1.6
A878
1.6 2.2
2.2
重新计算的结果如下：
表 4 板厚规格化后各测点的位移
测量点
D1
D2
D3
D4
Z 方向位移/mm 2.225 7 -2.225 3 -0.014 63 0.017 61
由扭转刚度计算公式，得板厚规格化后模型
比优化分析的值略有上升，但比优化前减小了
16.9 kg，约为 6.7％. 各阶模态频率有所上升，第
一阶全局模态增加到 27.51 Hz，仍为扭转模态.
224
计算机辅助工程
2006 年
件，增加这些零件的板厚意味着刚度的增大. 在
初步的优化完成后，可以针对这些零件的结构进
行更详细的拓扑优化，更进一步地减轻重量.
2.3 2.545 4 2.5
A088
1.8 2.312 4 2.3
A102
1.2 1.6
1.6
A129
1.2 1.492 8 1.5
A443
1.6 1.995 9 2.0
A2617 1.4 1.999 1 2.0
的扭转刚度为 331 317.8 N·m/rad，提高了 20.2％，
满足设计要求. 此时，白车身的重量为 228.4 kg，
A035
1.4 2.0
2.0
A038
0.7 1.0
1.0
A047
1.4 1.823
1.8
A048
1.4 1.995
2.0
A058
0.7 1.0
1.0
A063
2.0 1.203
1.2
A064
2.0 1.203
1.2
A065
2.0 1.2
1.2
A068
1.2 0.8
0.8
A070
1.4 1.0
1.0
A078
在当前的设计状态下建立白车身的有限元模
型. 模型中平均单元尺寸为 10 mm，焊点采用
CWELD 单元模拟. 整个白车身共有 356 265 个节
点，329 436 个 CQUAD4 单元，12 618 个 CTRIA3
单元. 白车身有限元模型的重量为 245.3 kg.
先在该模型基础上进行自由模态分析. 表 1
列出了前 5 阶模态的频率和振型.
表 1 前５阶模态的频率和振型
阶 频率 数 /Hz
振型
阶 频率 数 /Hz
振型
1 22.56 顶盖局部模态 4 28.35 2 阶弯曲
2 25.65 顶盖局部模态 5 31.24 2 阶弯曲
3 26.63
１阶扭转
扭转刚度参照试验方案确定边界条件，用
MPC 限制两前减震器安装支座中心点的位移，条
s.t. σ j ≤ [σ ] ;U (x) ≤ 2.30 ,U(x) = (D1(x) + D2 (x) ) 2
其中，n=141，xj（j=1，2，…，141）为设计 变量即板厚；ρ为材料密度；Aj为板材面积；σj为 应力，[σ]为许用应力.
优化分析的结果为：车身重量减小到 225.85 kg，前测点的位移为 2.304 mm；相比优化前的结 果，重量减小 7.9％，位移减小 13.4％. 优化分析 得到的方案满足了扭转刚度的要求，重量也得到 了控制. 但由于优化时厚度是连续变化的，一些 零件的板厚不是规格的尺寸，因此对结果进行了 取整（表 3 列出了部分优化前和优化后厚度变化 较大或虽然变化不大但尺寸较大的零部件），并根 据取整的数值对模型的厚度重新赋值后进行了扭
表 2 各测点位移
测量点 Ｚ方向位移/mm
D1 2.672 0
D2 -2.650 5
D3 -0.016 61
D4 0.019 52
计算得其扭转刚度为：275 759.4 N·m/rad.
2优化
作为约束的上限；同时还约束各零件的应力水平 低于许用应力. 整个优化模型如下所示：
n
∑ min g(x) = ρ Aj x j j =1
3结论
图1
图 1 显示的是对扭转刚度起正作用的零件即 板厚增大较明显的零件，也就是对扭转刚度敏感 度较大的零件. 可以看出，这些零件基本上都是 车身框架的构成零件，是承受扭转载荷的主要零
参考文献：
通过对白车身各零件进行全局优化分析，能 够在减小车身重量的同时提高扭转刚度，为设计 更改提供很好的借鉴和依据，有效地节省设计更 改以及试验所花费的时间和成本.
[1] MSC Nastran Design Sensitivity and Optimization User’s Guide[K]. [2] MSC Nastran Quick Reference Guide[K].
（编辑 袁林新）
某厢式车在设计时发现其白车身重量超过设 计目标值，并且扭转刚度未达到设计要求. 通过 对局部零件的修改，可以达到扭转刚度的要求， 但是带来了重量进一步的增加. 从此看来，单纯 靠增加局部零件强度的方法已经不能根本地解决
问题，只能通过对白车身进行全局优化才能在满 足扭转刚度要求的条件下减小车身重量.
1 有限元分析
0引言
白车身扭转刚度是其重要的力学特性之一， 如何在设计中在提高白车身扭转刚度的同时并使 白车身的重量保持一定的水平及轻量化的要求是 白车身设计的一个重要环节. 通过有限元分析方 法，应用灵敏度分析的手段可以找到能最有效地 提高白车身扭转刚度和对扭转刚度贡献不大的设 计变量，通过合理地搭配这些设计变量的值达到 提高扭转刚度并减小白车身重量的目的. 在优化 的同时，还需考虑白车身其他方面的性能，如模 态、各零件的应力水平等方面的要求，这些要求 可以作为优化的约束条件以保证优化的合理性.
基础上以车身重量为优化目标，在满足扭转刚度要求的条件下对零件厚度进行敏感度分析和
优化分析，得到了符合设计要求的改进方案.
关键词：扭转刚度；白车身；优化设计；有限元分析（FEA）
中图分类号：U463.821; O344.3; O241.82
文献标志码：A
Torsion Stiffness Analysis and Optimization of BIW
A004
0.7 0.895 3 0.9
A006
0.7 0.542 7 0.5
A076
1.4 1.183 0 1.2
A010
1.2 0.8
0.8
A012
1.0 0.701 9 0.8
A013
1.2 0.800 3 0.8
A014
1.4 03 5 1.6
A017
1.6 1.0
LUO Wei, ZHOU Dinglu
(Chongqing Chang’an Automobile Co., Ltd., Chongqing 400060, China)
Abstract: A finite element model of BIW is established. The torsional stiffness and modes are calculated using MSC Nastran. Based on the results of these, the optimization analysis and sensitivity analysis that the design variables are the thickness of parts are carried out. The target of optimization is to minimize the weight of BIW on condition of satisfying the requirement for torsional stiffness. By those analyses, improvement is made to meet the design requirements. Key words: torsional stiffness; BIW; optimization; finite element analysis (FEA)
分析. 优化目标为重量最小. 白车身共有 141 个 零件，以它们的厚度作为设计变量，其厚度的±30 ％为变化范围. 因为前纵梁处测量点的 Z 方向的 位移对刚度值的影响最大，故取该两点 Z 方向位 移绝对值的平均值为 D5，根据该两点的水平距离 和载荷条件反算出满足扭转刚度要求时的位移值
其 Z 方向的位移分别为 D1 和 D2；在过后减震器 中心点的铅垂面与后纵梁底面截线的中心处也布
增刊
罗 伟，等：白车身扭转刚度分析与优化探讨
223
件为在 Z 方向的位移：Z1+Z2=0，即两点在 Z 方 向的位移大小相等，方向相反. 约束后减震器安 装平面各节点所有的位移自由度，即 T1=T2=T3=0. 在左减震器中心点上施加一绕车身中轴线的分析 规定扭矩. 位移的测量点 P1 和 P2 位于过两减震 器中心点的铅垂面与前纵梁底面截线的中心处，
MSC Nastran 的 SOL200 求解器可以进行灵 敏度和优化分析,本文即采用该求解器进行优化