白车身质量块安装点动刚度分析与优
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CAE仿真技术的白车身动刚度分析优化
AUTO TIME43FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨时代汽车 基于CAE 仿真技术的白车身动刚度分析优化吴亚萍1 秦丽萍２ 曾乐彬２1.上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 5450072.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司 广西柳州市 545007摘 要： 人们对汽车车内噪音舒适性评价越显关注。
车辆的NVH 性能正在成为汽车开发过程中的最重要指标，白车身动刚度作为NVH 性能关键指标之一，具有重要意义。
本文以某车型为研究对象，阐述了白车身动刚度基本分析过程，并选取后悬减震器接附点动刚度为优化对象，通过CAE 仿真技术，识别后悬减震器接附点动刚度不足的主要原因并进行优化，实现了该车身NVH 性能提高。
关键词：NVH 动刚度 模态分析 ODS 诊断1 引言随着车辆普及及国民经济发展，人们对汽车车内噪音舒适性越来越关注。
各车企对汽车的NVH 性能开发也越显重视，NVH 性能成为了汽车市场竞争力的关键因素。
NVH 是指噪音Noise、振动Vibration、舒适性Harshness。
汽车NVH 特性是指在车身振动和噪音的作用下，乘员舒适性主观感受的特征。
它是人体听觉、触觉以及视觉等方面的综合表[1]。
车身分析为整车路噪分析的基础。
车身承受着各子系统结构，以及来自车路面激励及各装置系统的各种载荷激励。
车身结构分析是NVH 性能分析的基石，车身结构对整车性能有着重要影响。
白车身动刚度分析是车身分析的重要指标之一，动刚度性能的好坏体现了汽车系统隔振性能的优劣。
如果车身上关键接附点动刚度不足，容易引起车身结构振动，引起结构声传递大问题。
所以车身关键接附点的动刚度分析显得非常重要。
本文以某车型分析研究为例，阐述了白车身关键接附点动刚度的分析过程。
通过有限元建模，模态分析及模型校对，关键接附点动刚度仿真分析等CAE 仿真技术确定车型动刚度状态，其次针对后悬减震器接附点动刚度不足问题，通过ODS 工作变形分析，应变能分析等手段进行原因分析优化。
车身关键接附点动刚度分析与改进
（ 一） ： 混合动力车制动能量 回收系统 ［ Ｊ ］ ． 汽车与配件 ，
从表 ４ 、 表 ６可 以看 出 ： 如果不计入电能消耗 ， 插 电式 混 合动 力车 辆 的节 油 效果 比非 插 电 自回收 能
池、 电池 管理 系统 和控 制系统 。 通 过对两 种 车型 的试用 及分析 ， 建议 ：
量 混合 动 力 车辆 好 ， 节油 ５ ． １ ； 计入 电能消耗 ， 则 非 插 电 自回收能量 混合 动力 车辆 的能 耗 比插 电式 混 合 动力 车 辆低 ， 节油 １ ． ４ ； 且经 过 ６月 、 ７月两 个 月
车辆 在怠 速或 行驶 过程 中 由车身 面板振 动 引起 的室 内空 腔轰 鸣噪声 对乘 坐舒 适性 有很 大影 响 。通 过 发动 机 、 悬 架 等 与 车身 的关 键 接 附点 传 递 至 车身 的振 动是 引起 车身 面板 振动 的主要 原 因 。接 附点动
动 刚 度是 在 动 载荷 作 用下 抵 抗 变形 的能 力 ， 动 刚度 不足 会对 整车 乘坐 舒适性 和车 身结 构件 的疲 劳
（ １ ）在 发展 插 电式混合 动力 车 辆 时加 入 已较 成
熟 的 自回收能量装 置 ， 增强 其节 油效果 。 （ ２ ）在 设计 制 造 混 合 动 力 车 辆 时 ， 加 强 对 动 力
的运行 磨合 后 ， 非 插 电 自回收 能 量 混合 动力 车辆 表
现 出 良好 的节 油效 果 。相 比于传 统 的柴 油 车 辆 ， 两 种 混合 动 力车 辆都 有 较 好 的节 油效 果 ， 比传 统 车辆
摘要 ：白车身关键接 附点 的局部动 刚度 对整 车 ＮＶＨ［ Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ （ 噪 声） 、 Ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ 振动） 、 Ｈａ ｒ ｓ ｈ —
基于HyperWorks的某轿车白车身刚度分析及优化
博士 ・ 专家论 坛
基 于 Ｈ ｐ ｒ ｒｓ的某 轿车白车身 刚度分析 及优化 ｙ ｅＷｏ ｋ
湖 北汽车 工业 学 院 张继伟 胡 花
［ 摘 要］ 本文以某轿车 白车 身为研 究对象， 用有 限元 分析软件 Ｈ ｐｒ ｒ 建立其有 限元模型 ， 对白车身的扭 转工况和弯曲工 使 ｙｅ Ｗｏ ｓ ｋ 再 况进行 分析 ， 并根据评价指标对该白车身的刚度进行 分析评 价， 出该轿车 白车身的扭转刚度满足 国外轿 车较 高设计要 求， 弯曲 得 但 刚度偏低 。然后对 白车身进行尺寸优化 ， 优化后 虽然扭转刚度有些减 小， 但增加 了弯 曲刚度 ， 小了白车 身质量， 减 达到 了在 白车身轻
如式 （ ： ４）
最大扭转载荷 Ｔ ０５Ｘ前轴最大负荷 ×轮距 ＝．
得：＝． Ｔ ０５×１０ ×９ １１ ． ８×１ ３ ： ８ ９８ Ｎ・ ． ３ ８ ０ ．７ ｍ ６
（） １
ＦＩ ＝． ８×乘客室负荷
得 ： ＝Ｉ Ｆ ． ８×７ ５×５ ． ６ １ Ｎ ×９８ ６ ５ ＝
扭
２
３ ４ ５ ６ ７ ８
９ １ １ １ ０ １ ２
转 角 ２． ２１ ９７ ３７ ０２ ６８ ３６ ９３ ５７ Ｊ７ ｆ４ Ｏ ｌ Ｉ６ ０７ ． ２ ２ Ｉ０ ｉ． ６ ｉ３ ８ ． ５ ３ ３ ２ ４ ８
／ （ ）
白车身扭转刚度计算公式为 ：
Ｇ ＝ ／ Ｊ Ｔ０ （） ３
一
图 １自车身有限元模 型
３白 车 身 刚度 分 析 ． ３１ ． 扭转刚度分析
其 中， Ｔ为扭矩 ； ０为轴间相对扭转角。 由 白车身 ｚ向扭 转变 形 图得 左 右前 悬架 座 的最 大 变形 分 别为 ６ ３ ｍｍ、． ２ ． ８ ６６ ｍｍ， ４ ２ 由公式（ ） ３ 和相关的数值 ， 计算 的自车身相对扭转 刚度 为 ：
汽车白车身焊装定位基准的设计与优化的开题报告
汽车白车身焊装定位基准的设计与优化的开题报告一、选题背景随着汽车工业的发展，汽车质量和性能要求越来越高，白车身焊装定位基准作为汽车制造中的重要环节，对车身拉伸、填充、静音等方面的影响非常大，对车身尺寸和外观的质量控制有着十分重要的作用。
因此，在汽车生产中，白车身焊装定位基准在焊接过程中的设计和优化显得尤为重要。
二、选题意义白车身焊装定位基准的设计与优化不仅关系到汽车整车质量和性能的稳定性，还直接影响到汽车外观和乘坐舒适感，因此具有重要的意义：1.提高汽车生产效率：通过设计和优化白车身焊装定位基准，可以减少生产制造中的瑕疵和失误，提高生产效率和汽车生产量。
2.降低汽车成本：设计和优化白车身焊装定位基准可以最大程度地减少对其他零部件的依赖，降低汽车的生产成本。
3.提高汽车品质：通过优化白车身焊装定位基准，可以保证每一台汽车尺寸和外观方面的一致性，提高汽车的品质。
三、选题内容该研究将从以下几个方面入手：1.白车身焊装定位基准的设计原理和技术应用。
2.当前常用的白车身焊装定位基准设计方案、优缺点及其适用范围。
3.基于实验数据和实际生产过程，对白车身焊装定位基准进行数值优化。
4.制定白车身焊装定位基准优化的具体操作方法和流程。
五、预期成果通过该研究的开展，预期可以实现以下几个方面的成果：1.对白车身焊装定位基准的设计原理和技术应用有较深入的了解。
2.总结出目前常用的白车身焊装定位基准设计方案的优缺点、适用范围。
3.针对实际生产中的数据和问题，制定优化白车身焊装定位基准的方法和流程。
4.提高汽车生产效率、降低汽车成本以及提高汽车品质。
五、研究方法1.查阅大量文献资料，了解白车身焊装定位基准的现状和研究方法。
2.通过实际生产数据和实验数据，对白车身焊装定位基准进行分析和优化。
3.采用计算机辅助设计软件和仿真技术，对白车身焊装定位基准进行模拟和优化。
4.通过实际的现场调研和业界交流，确定白车身焊装定位基准优化的操作方法和流程。
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。
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有限元方法运 用 离 散 概 念,把 连 续 体 划 分 为 有 限 个 单 元 的 集 合 ,通 过 单 元 分 析 和 组 合 ,考 虑 边 界 条 件 和 载 荷 ,得 到 一 个 方 程 组 ,求 解 此 方 程 组 获 得相应指标 。 [3] 结构优化中的形状优化是通过 修 改结构尺寸来达 到 优 化 目 的 的;而 拓 扑 优 化 可 引 导设计者去考虑 最 有 效 的 载 荷 路 径,而 不 仅 仅 从 现 有 设 计 方 案 去 考 虑 ,使 复 杂 结 构 和 部 件 可 灵 活 、 合理地进行 优 选,以 获 得 最 佳 效 果 。 [4] 在 常 用 的 拓扑优化方法中,变 密 度 法 是 人 为 地 建 立 材 料 密
图 3暋 副 车 架 前 支 架 安 装 点 IPI曲 线
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图 6暋 变 速 器 安 装 点 IPI曲 线
图7暋发动机安装点Y 方向IPI曲线
从 图 3、图 5 和 图 6 可 以 看 出 ,在 30Hz左 右 , 副车架前支架安 装 点、发 动 机 安 装 点 和 变 速 器 安 装点在 Z 方向IPI曲线都出现了峰值并且大大超 过了等刚度 曲 线。对 比 白 车 身 模 态 分 析 结 果,发 现此处峰值由白车身的整体扭转振动引起。
图9暋优化前后副车架前支架安装点Z 方向IPI曲线 图10暋优化前后发动机安装点Z 方向IPI曲线 图11暋优化前后变速器安装点Z 方向IPI曲线
图 8暋 厚 度 尺 寸 作 为 尺 寸 优 化 变 量 的 9 组 板 件
表 1暋 尺 寸 优 化 和 圆 整 结 果
mm
优化变量 前铰链立柱内板
上边梁内板 后窗台板
Keywords:mounting point;dynamicstiffness;inputpointinertance(IPI);size optimization; topologyoptimization
0暋 引 言
汽车的 NVH 性能是近年来备受关注的性能 指标。在车身结 构 中,一 些 关 键 的 质 量 块 安 装 点 是车身振动的重要来源。这些质量块安装点的动 刚度对车内振动 和 噪 声 有 着 巨 大 的 影 响,因 而 对 其动刚度进行分析和优化具有十分重要的工程意 义。文 献[1]建 立 了 评 价 动 态 特 性 的 速 度 频 率 响 应函数,利 用 Point Mobility 方 法 对 算 例 进 行 了 模 拟 计 算 ;文 献 [2]阐 述 了 质 量 块 安 装 点 动 刚 度 的 研 究 方 法 ,其 中 包 含 了 模 拟 计 算 与 试 验 的 对 比 。
中 国 机 械 工 程 第 21 卷 第 6 期 2010 年 3 月 下 半 月 图 4暋 副 车 架 后 支 架 安 装 点 IPI曲 线
图 1暋 白 车 身 有 限 元 模 型
3暋 白 车 身 质 量 块 安 装 点 局 部 动 刚 度 分 析
对白车身上 四 个 质 量 块 安 装 点(包 括 连 接 白 车身和副车架的副车架前支架安装点和副车架后 支架安装点,用于 连 接 白 车 身 和 动 力 总 成 的 变 速 器安装点和发动 机 安 装 点,如 图 2 所 示)进 行IPI 分析。由于车身 结 构 左 右 基 本 对 称,所 以 只 分 析 一 侧 的 副 车 架 前/后 支 架 安 装 点 的 动 刚 度 。
暋暋从图9~图11可以看出:修 改 后 三 个 质 量 块 安装点在30Hz左右频段 内 的 Z 方 向IPI曲 线 峰
图12暋优化前后发动机安装点Y 方向IPI曲线
值均明显减 小,达 到 了 提 高 动 刚 度 的 目 的。修 改 后质量增 加 了 4灡35kg,并 没 有 超 过 5kg(要 求 质 量 增 加 不 超 过5kg)。
收 稿 日 期 :2009—06—12 基金项 目:国家自然科学基金资助项目(50705067);上海市数 字 化 汽 车 车 身 工 程 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 (2008005)
度与材料特性之 间 的 关 系,拓 扑 优 化 后 得 到 单 元 密度值,且优化后的结构比较清晰 。 [5飊6]
为了减少尺寸 优 化 的 变 量 数 目,首 先 对 白 车 身 可 进 行 更 改 的 104 个 主 要 板 件 的 板 厚 进 行 灵 敏 度分析,得到 对 三 个 质 量 块 安 装 点 Z 方 向 上IPI 曲线峰值影响显著的部件。为了不减弱白车身静 态刚度,选 择 其 中 9 组 (图 8)随 板 厚 尺 寸 增 大 而 加速度响 应 减 小 的 板 件 尺 寸 作 为 尺 寸 优 化 的 变 量。以副车架前 支 架 安 装 点、发 动 机 安 装 点 和 变 速器安装点三个质量块安装点在相应工况下所对 应的加速度响应值幅值的最大值作为优化的约束 函数,质量最 小 作 为 优 化 目 标。考 虑 到 实 际 生 产 的 需 求 ,将 优 化 后 的 尺 寸 圆 整 ,且 圆 整 值 取 原 设 计 中所采用的板厚系列中的值。优化和圆整结果见 表 1。 修 改 后 重 新 进 行 IPI分 析 ,结 果 如 图 9~ 图 12 所 示 。
后风窗下横梁上板 后围板
上边梁外侧加强板 后立柱内板 后窗台侧板
前风窗下横梁上板
初始值 1.0 1.0 0.65 0.65 0.65 1.2 0.65 0.65 0.65
优化值 1.0
1.064 0.831 1.463 0.864 1.302 1.412 0.974 0.883
圆整值 1.0 1.0 0.8 1.5 0.8 1.2 1.4 1.0 0.8
=
氊2 Ka
=
(2毿f)2 Ka
式中,F 为质量块安装点所受载荷;Ka 为质量块安装 点 动
刚度;a 为加速度;氊 为圆频率。
2暋 有限元建模
轿车白车身主要由冲压板件焊接而成。根据 某公司提供的几 何 模 型,抽 取 冲 压 板 件 的 几 何 中 面,采用壳单 元 进 行 网 格 划 分。为 了 在 拓 扑 优 化
另外,如图12所示,在 100Hz左 右 频 率 段 上 发动机安装点在Y 方向的IPI曲线高出等刚度曲 线部分也下降到 等 刚 度 曲 线 以 下,不 需 要 再 针 对 其进行优化。
笔者 运 用 Hypermesh 软 件 中 的 OptiStruct 模块,建立了 某 A 级 车 白 车 身 的 有 限 元 模 型,对 白车身与副车架的 两 个 连 接 点 (副 车 架 前 支 架 安 装点和副车架后支 架 安 装 点)以 及 白 车 身 与 动 力 总 成 连 接 点 (发 动 机 安 装 点 和 变 速 器 安 装 点 )分 别 进行 了 源 点 加 速 度 响 应 (inputpointinertance, IPI)分 析 。
Abstract:A FEM modeloftheBIW(body-in-white)ofaclassvehiclewasconstructed.The curvesofIPIofthemountingpointsandtherangesoffrequenciesinwhichthemountingpointswere inthesituationoflow dynamicstiffness wereobtainedbyanalyzingthedynamicstiffnessofthe mountingpoints with the method ofIPI.Thesize optimization andtopology optimization were introducedtoimprovethedynamicstiffnessofthemountingpoints.Theresultsdemonstratethatthe introductiontotheseoptimization methodsmakesthedynamicstiffnessimproved.
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中得 到 清 晰 的 结 构,基 本 的 网 格 尺 寸 取 为 10mm暳10mm。各 冲 压 板 件 以 及 各 总 成 之 间 的 焊点用 CWELD 单 元 模 拟。 胶 接 结 构 采 用 体 单 元模拟。最后建立的有限元模型(图 1)共 有 节 点 386526个,壳 单 元369312个,体 单 元 828 个, CWELD 单元4925个。
关 键 词 :质 量 块 安 装 点 ;动 刚 度 ;源 点 加 速 度 响 应 ;尺 寸 优 化 ;拓 扑 优 化 中 图 分 类 号 :U463.82暋 暋 暋 文 章 编 号 :1004—132X(2010)06—0721—04
DynamicStiffnessAnalysisandOptimizationforBody-in-whiteMountingPoints GaoYunkai暋WangYi暋LinDian暋Yu Haiyan TongjiUniversity,Shanghai,201804
图 5暋 发 动 机 安 装 点 IPI曲 线
图 2暋 质 量 块 安 装 点 位 置
白车身分析 模 型 无 约 束,为 自 由 状 态。 将 每 个分析点的每 个 方 向 (X、Y、Z)的 激 励 载 荷 定 义 为一个载荷工况(载荷为1N 的集 中 力,频 率 范 围 为关注的中低频 率 范 围),同 时,将 激 励 点 定 义 为 响 应 点 ,且 响 应 自 由 度 与 激 励 自 由 度 相 同 ,得 到 相 应的 加 速 度 响 应,并 且 通 过 数 据 处 理 得 到IPI曲 线 ,如 图 3~ 图 7 所 示 。