某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计
白车身模态灵敏度分析及厚度优化
零件
护板 行李箱罩支撑 后备箱门闩盖
管路_07 后顶管 后支架 后背门门闩底板 后背门门闩底板 管路_06
右A柱 左后支架 左斜底梁 左斜底梁 右A柱下护板 右端盖 左A柱下护板 左端盖
Sensitivity
0 -0.05
-0.1 -0.15
-0.2 -0.25
-0.3 -0.35
-0.4 -0.45
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:弯曲模态灵敏度
Variable
变量
d224 d513 d449 d384 d353 d23 d138 d421 d243 d464 d440 d119 d102 d33 d527
通过对白车身535个零件模态灵敏度分析底梁对于重量、扭转模态、
弯曲刚度的灵敏度影响较大；
底板对于重量灵敏度的影响较大；
分析目标： 设计变量： 变量范围： 约束条件：
评价指标：
白车身重量最小
白车身535个零件厚度
初始厚度±20% 一阶扭转及一阶弯曲模态频率达标,弯曲和扭转 刚度大于目标值 若目标件的灵敏度在多个变量中排名前20，则 不建议改动
d369 d314 d284 d359 d483 d504 d172 d247 d472 d171 d264 d30பைடு நூலகம் d499 d184 d484
中横梁 中前底横梁 左斜底梁
后墙 左A柱螺柱管 右A柱螺柱管
A柱横梁 右斜底梁 前下方设备面板 后支架
右A柱 中横梁 右A柱下护板 左斜底梁 左A柱下护板
底部内部构件 右上端缓冲装置 左侧撞击连接护板
左变速器通道 右变速器通道 保险杆支撑 保险杆支撑
d247 d360 d239 d235 d448 d301 d246 d264 d302 d184 d284 d499 d231 d484 d299
基于灵敏度分析的白车身轻量化设计
基于灵敏度分析的白车身轻量化设计摘要随着环保和节能意识的逐步提高，汽车轻量化已成为一个不可逆转的趋势。
本文以白车身轻量化为研究对象，采用灵敏度分析方法对车身结构进行优化设计，最终得到了轻量化方案，减少了车身重量，提高了综合性能。
关键词：白车身；轻量化；灵敏度分析；综合性能第一章引言随着人们生活水平和汽车行业的发展，车辆的需求量越来越大。
但车辆排放和能耗问题引起了大众的关注，汽车轻量化不仅可以降低燃料消耗和排放，还可以提高汽车的安全性能和舒适性能。
因此，汽车行业的轻量化已经成为了汽车行业的发展方向之一。
白车身是指没有安装车身外饰、底盘、发动机和传动系统等零件的车身，它是汽车制造的根基。
白车身轻量化不仅可以降低整车质量，还可以在不降低强度、刚度的前提下，提高车身排放和安全性能。
因此，对于白车身轻量化设计的研究具有重要意义。
本文以灵敏度分析为基础，对白车身轻量化设计进行了研究，并通过对模型进行分析，提出了相应的设计方案，最后得出了相应的结论。
第二章白车身轻量化的原理和方法2.1 白车身轻量化的原理白车身轻量化的主要原理是通过使用更轻的材料，优化车身结构来达到降低整车质量的目的。
实际上，白车身轻量化的核心是改变材料，改变结构。
2.2 白车身轻量化的方法白车身轻量化的方法主要包括材料轻量化、加工技术优化、结构优化等。
其中，结构优化是轻量化设计中最常用的方法。
目前，常用的优化方法有参数优化法、拓扑优化法、灵敏度分析法等。
第三章灵敏度分析的基本原理和应用3.1 灵敏度分析的基本原理灵敏度分析是一种用于确定模型参数和输出变量之间关系的分析方法。
灵敏度分析可以根据不同的变化规律来确定参数的重要性，找出参数的影响因素，综合分析参数的综合效应，为优化设计提供理论依据和方向。
3.2 灵敏度分析的应用灵敏度分析在工程和科学领域中有着广泛的应用，如：优化设计、参数估计、参数调节、系统控制等。
在轻量化设计中，灵敏度分析常被用于确定参数的重要性，找出不同参数对轻量化效果的影响因素，为优化设计提供科学依据和方向。
轿车车身结构修改灵敏度分析
2007年(第29卷)第6期汽 车 工 程A utomo ti ve Eng i nee ri ng2007(V o.l 29)N o .62007118轿车车身结构修改灵敏度分析原稿收到日期为2006年5月22日,修改稿收到日期为2006年8月18日。
高云凯,张海华,余海燕(同济大学汽车学院,上海 201804)[摘要] 建立某国产普通轿车白车身的有限元模型,预测分析其静态弯曲特性和扭转特性,在此基础上对白车身各部件刚度和强度的灵敏度进行分析,并将分析结果应用于板厚优化。
优化结果表明:通过对灵敏部件的板厚修改,白车身的强度和刚度性能得到显著提高,为车身的优化设计提供参考。
关键词:轿车车身;板厚;灵敏度;优化Sensiti v it y Anal ysis on Car Body StructuralM od ificati onGao Yunka,i Zhang Haihua &Yu Ha i y anS c h ool of Auto m obile ,Tongji University ,Shangha i 201804[Abstract] A finite e le m entm ode l for the body -in -w hite of a ho m e -m ade car is set up ,w ith w h i c h the bothstreng th and stiffness for static bending and torsi o n o f a ll its panels are analyzed .The results of ana lysis are t h en ap -plied to thickness opti m izati o n .The result sho w s that by chang i n g the th ickness of sensitive panels the streng t h and stiffness of t h e body -in -w hite have i m proved obviousl y .Th i s prov ides a re ference for the opti m al design of car body .K eyw ords :C ar body ;Panel t hickness ;Sensitivity ;Opti m ization前言汽车车身是否轻量化直接影响整车的生产成本、燃油经济性以及动力性等,因此,如何使车身质量尽量小的情况下满足强度和刚度要求已成为车身设计的重要内容。
硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计的开题报告
硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计的开题报告一、选题背景及意义随着汽车行业的发展，对轿车白车身（即未喷漆前的车身结构）的质量要求越来越高，白车身的硬件在环设计和优化也显得越来越重要。
硬件在环是指机械结构的环境适应性，即机械结构在各种环境条件下的可靠性、寿命和性能稳定性能力。
在轿车白车身的设计中，硬件在环因素是影响其质量和寿命的重要因素。
本课题将选用一种已有的轿车白车身结构进行分析与优化设计，通过分析硬件在环设计因素，加强其在各种环境下的适应性，提高车身质量和寿命，达到节约成本、提高竞争力的目的。
二、研究内容及目的本文将选取一种已有的轿车白车身结构进行研究，通过建立数学模型，对其进行分析与优化设计，从而提高其硬件在环适应性和车身质量，达到节约成本、提高竞争力的目的。
具体的研究内容包括：1. 研究各个环境因素对轿车白车身结构硬件在环设计的影响机理。
2. 建立轿车白车身结构的有限元分析模型，并进行分析。
3. 分析硬件在环设计因素，并优化其结构设计。
4. 通过性能试验验证优化设计的效果。
本研究的目的是：1. 探究轿车白车身结构硬件在环设计的影响因素及机理。
2. 研究轿车白车身结构的优化设计方法，提高其在各种环境条件下的适应性。
3. 提高轿车白车身结构的质量和寿命，降低生产成本。
4. 优化车身结构设计，提高产品竞争力，满足市场需求。
三、研究方法及流程本文主要采用以下研究方法：1. 理论研究法：对轿车白车身结构硬件在环设计的基本概念和原理进行深入理解和阐述。
2. 数学模型法：利用有限元分析方法建立轿车白车身结构的数学模型进行分析和优化设计。
3. 试验验证法：对优化设计后的轿车白车身结构进行性能试验，验证其硬件在环适应能力和优化效果。
研究流程如下：1. 调查分析市场需求，确定研究方向。
2. 对轿车白车身结构的硬件在环设计进行深入研究。
3. 利用有限元分析方法，建立轿车白车身结构的数学模型并进行仿真分析。
4. 分析硬件在环设计因素，并优化其结构设计。
基于灵敏度分析的车身结构轻量化设计
90机械装备研发Research & Development of Machinery and Equipment2020年9月下基于灵敏度分析的车身结构轻量化设计李海洋（南昌市江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）摘 要：为了更好地探讨灵敏度分析对车身轻量化设计的影响，文章选取某轿车的车身作为分析试验对象，建立以轿车白车身为原型的试验结构，旨在通过实验得出轿车白车模型建立过程中可能对各种重要数据造成的影响，及轻量化设计的可行性、必要性。
此外，还有效使用了有限元法分析模型进行灵敏度观察，进而获得绝对值较大的灵敏度数值下车身钣件计量情况，以此优化车身扭转模态频率灵敏度，实现车身重量降低的最终目标。
关键词：白车身；车身结构；模型；有限元法；灵敏度；轻量化设计中图分类号：U463.82 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）18-0090-02——————————————作者简介： 李海洋（1985—），男，河南信阳人，本科，助理工程师，研究方向：机电工程。
The Lightweight Design of Body Structure Based on Sensitivity AnalysisAbstract ： In order to better discuss the influence of sensitivity analysis on lightweight design of car body, this paper will select the car body of a car as the analysis test object, and build a test structure based on the car body in white, hoping to prove through experiments that the impact on various important data in the process of building the car body in white may be caused, and the feasibility and necessity of lightweight design can be obtained. In this paper, the finite element analysis model is effectively used to observe the sensitivity, and then the measurement of body sheet metal parts is obtained under the sensitivity value with larger absolute value, so as to optimize the torsional modal frequency sensitivity of the body and achieve the ultimate goal of reducing the weight of the body.Keywords ：BIW; body structure; model; finite element method; sensitivity; lightweight designLi Haiyang(Nanchang Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330052)汽车车身是汽车承载所有设备零件及乘客的主要载体，它的重量将占整个车型重量的一半以上，如果要实现对汽车轻量化的设计，必须从对车身结构进行优化的方向加以设计和研究。
某SUV白车身模态分析及优化设计
某SUV白车身模态分析及优化设计文章介绍了某SUV车型的白车身模态分析，并针对计算结果对车身结构和布局进行优化，使整车刚度趋于合理。
优化结果显示：优化后结构、刚度更加合理，并且一阶扭转提高了4HZ，车身重量减少1.5KG。
标签：模态分析；结构优化；有限元分析前言现代汽车设计领域，有限元分析得到了广泛的运用。
车身作为汽车的关键总成，其力学特征对整车的动力学特征起关键作用。
车身模态分析则关系到整车刚度、常规震动和车身减重。
实践证明对白车身结构进行有限元分析可以提前发现、避免相关的设计缺陷，及时整改、优化设计。
从而缩短开发周期，节约试验费用。
文章通过对白车身的模态分析对设计进行结构优化，使得车身结构局部模态和整体刚度特征满足模态规划要求。
1 有限元模型有限元分析基本是利用一组离散化单元组集代替连续体机构进行分析，这种单元组集体称结构力学模型。
车身模型建立原则为能反映车身主要力学结构特征和边界约束条件，其次可考虑在保证正确性的基础上对模型进行适当的简化。
模型建立过程需考虑：模型的简化、网络划分、材料属性确定、单元选择及模型的连接与装配。
为此对模型建立进行了如下处理：1.1 模型建立采用了基准尺寸为10mm的QUASD4划分SHELL单元，局部采用了大于3mm的小尺寸划分，在非关键区域几何过度区少量采用了TRIA3单元。
TRIA3单元占总数的比率小于5%。
1.2 孔径6mm～10mm，用方孔代替；孔径大于10mm，保留孔，孔周围两圈偶数个单元，其他非重要小孔可忽略。
1.3 翻边至少要划分两排网格，圆角大于3mm可以保留，螺栓用RIGID或梁连接。
1.4 焊点采用CWELD/ACM单元，方向同连接壳单元法向量平行。
焊缝则采用CQUAD4和CTRIA3模拟，对不考察局部应力的情况下，有选择性采用节点重合，并保证网络的几何匹配。
根据车身提供的数字模型，最终白车身带玻璃有限元模型单元547，219，节点569，580个，见图1。
白车身骨架模态研究与结构优化设计
2024年第2期47白车身骨架模态研究与结构优化设计马保林，熊辉，张略（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘 要：为了提高某承载式车身骨架的模态，解决其在汽车行驶过程中与外界激励频率重合产生共振和异响，改善白车身骨架的NVH性能，对某轿车白车身进行研究并对关键零部件进行了结构优化设计，并进行有限元分析验证。
根据有限元分析及实车验证，这些结构优化方案对改善车身模态频率具有良好的效果，为其他车型提供设计参考。
关键词：模态分析，结构优化，白车身，有限元分析中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）02-0047-05Research on the BIW Modal and Optimization Design of theStructuralMA Bao-lin, XIONG Hui, ZHANG Lue (Chery Automobile Co., Ltd., WuHu 241000, China)Abstract: In order to improve the mode of a load-bearing body frame, solve the resonance and abnormal noise caused by its overlap with the external excitation frequency during the driving process of the car, and improve the NVH performance of the BIW skeleton, the BIW of a car was studied, and the structural optimization design of key components was carried out, and the finite element analysis was carried out to verify it. According to the finite element analysis and actual vehicle verification, these structural optimization schemes have a good effect on improving the modal frequency of the body, and provide design reference for other models.Key Words: Modal Analysis; Structural Optimization; Body-In-White; Finite Element Analysisdoi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.02.008 收稿日期：2024-01-021 前言随着我国汽车行业的飞速发展，乘员对于汽车振动噪声品质的要求不断提高。
某轿车白车身模态分析与优化
｛ （ ｙ ｆ ）＝ｆ ｘ Ｙ ｚ ｅ： Ｈ ， ，， ） ６（ ， ，） ｌ ｜ ＇
（） ３
其 中 ： ｑ 。 ，））为矢 量振 幅 ； ｛ （ ＇ｚ ｂ ， ∞ 简谐 运 动 的角 频 率 。将其 代人 （ ） 得 ： ２， 【 一∞ 】 ｂ ｅ ｐ ｉ ｉ ＝ ） Ｋ （ ｘ （ｔ Ｏ ） ｏ） （） ４ （） ５
果 精 确度 降 低 ； 删 去 对 整 体 性 能 影 响 不 大 的 小 部 ③
件， 但保 证 总体 白车 身质 量与 实际 质量 相差 不大 。 现代轿 车 多采用 全 承载式 车 身 ， 体骨 架结构 由 车
车体结 构件 及 覆 盖件 焊 接 而 成 】 白车 身 的焊 接 工 。
中 图分类号 ： ４ Ｕ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ — ４４ ２ ｌ ） ３ ０ ２ － ３ １ ６ ４ ｌ （０ １ ０ － ０ ６ ０ ０
Ｍ ｏ ｌａ ａ ｙБайду номын сангаасｉ ｎｄ ｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａｒ ｓｂｏ ｙ—ｉ ｄａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｆｃ ｄ ｎ—ｗｈ ｔ ｉｅ Ｘｉ ａ ｙ ， Ｆ ｎ ａ ａ Ｚｈ ｏ－ ｉ ｅ ｇ Ｌ ｎ—ｆｎ ａ ｇ，Ｗ ａ ｇ Ｈｏ ｇ ｉｏ，Ｈ ｕ ｎ－ｂ ｎ ｎ －ｘａ ｉＹａ ｏ
Ａ ｓｒｃ：Ｆｎ ｅ ｍ ｎ ｍ ｄｌ ｎ ｙｉｔｅｒ ｉ ｄ ｃ ｓ ｄｂ ｅｙ． ｄｆ ｉ ｌ ｎ ｍ ｅ ｃｒ ｏｙ ｉ－ ｈｔ（ Ｉ ｂ ｔ ｔ ｉｉ ｅｔ ｏａ ａ ｓ ｏ ｉ ｕｓ ｒ ｆ ａ ｎｔｅｅ ｔ ｏ ｌ ｆ ａ’ｂ ｄ－ｎ ｗ ｉ ＢＷ） ａ ｔ ｄｅ ａｌ ｓｈ ｙ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｍｅ ｄ ｏ ａ ｓ ｅ
研 穷 与 分 析
基于灵敏度分析的乘用车白车身尺寸优化
freq - FREQ Mode 2
Subcase 1 7.71E-01 1. 43E+00 1.35E-01 4.01E-01 2.04E-01 3.03E-01 & 91E-02
Weighted Reciprocal Eigenvalue Frequency (频率倒数)及
Frequency (频率)等。
2.3尺寸优化函数
Minimize: f(X)=f(X[, x2,…，xj
Subject to: g«X) « 0, j= 1,…，m
hk(X)«0, k= 1,…，mh
式中：
141 环境技术 / Environmental Technology
1白车身一阶扭转模态 模态介绍：特征值提取，无阻尼的有限元模型特征 值提取公式
K1™—刚度矩阵（如果基础状态包括几何非线性的影 响，则包括初始刚度）；
駅一W征向量（振动的模态）； M&N—自由度。 搭建好的白车身有限元模型，采用NASTRAN软件 求解器计算。白车身求解一阶扭转模态的过程即，根据
X;L < X: < Xj, i= 1,…，n
X=(xj , X2 …，xj—变量； f(X)—目标响应；
g(X)、h(X)—约束响应。
2.4尺寸优化原理 通过设置飯金件壳厚度优化范围，设置一阶扭转模
态不低于目标值，可进行轻量化优化，获取轻量化性能
最佳的厚度分布结构；
设置一阶扭转模态高于初始值，可进行一阶扭转模
2.2尺寸优化的设置参数 变量指：变化的物理量，比如材料的密度，壳单元
白车身动态灵敏度分析及优化设计
数 的灵敏度 分析 。最 后 ， 灵敏 度分 析 的基础 上 ， 在 选
取灵 敏部 件进行 了结 构优 化设计 。
１ 轿 车 白 车 身模 态 分 析
将 某轿 车 车身 模 型进 行适 当的简 化 ．采 用 ４节 点或 ３节 点 空 间 板单 元 Ｓ ｅ ６ ｈ １ ３进行 有 限元 网格 划 １
（ 或变化 率１ 十 分必要 的。这 就是 所 谓结 构 动 态 特 是
性 的灵敏 度分析 。本 文建 立 了 国产 某轿 车 白车 身 有 限元 模型 ．计算 得 出 白车 身低 阶振 动 固有频 率 和 固
有振 型 ．进行 了振 动 固有 频率 对壳 体厚 度 等结 构参
图 １ 有 限元 模 型
维普资讯
白 身 态 敏 分 及 设 夏 林 车 动 灵 度 析 优化 计／ 国
设 计 － 究 砩
夏 国林
（ 龙 联 合 汽 车 工 业 （ 州 ） 限 公 司 ， 州 ２ ５２ ） 金 苏 有 苏 １０ ６
摘 要 ： 立 了 国产 某 轿 车 白车 身 有 限元 模 型 ， 算 得 出 白车 身 低 阶 振 动 固 有 频 率 和 固 有 振 型 ， 行 了振 动 固 有 频 率 建 计 进 对 壳 体 厚 度 等 结 构 参 数 的灵 敏 度分 析 ， 灵 敏 度 分 析 的 基 础 上 ， 取 灵 敏 部 件 进 行 了结 构优 化设 计 。 在 选 关键 词 ： 车 身 ； 限元 模 型 ； 敏 度 ； 化设 计 白 有 灵 优
ｒ ｍｅ ｅ ｏ ｔｎ ｔ ｒ ｕ ｈ ｃ ｃ ｌ ｔ ｎ， ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｄ ｈ ｐ ， ｅ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ａ ｙ ｉ ｔ ｄ ｅ ． ｉ ａｌ ａ ｔｒｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｇ ａ ｕ ａｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｍｏ ａ ｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｓｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｕ ｉ Ｆ ｎ ｌ ｓ ｅ ｌ ｏ ｈ ｅ ｌ ｈ ｉ ｙｎ ｓｓ ｄ ｙ， ｈ ｐ ｍｉａ ｏ ｎ ｓｓ ｆｔｉ ｄ ｌ ｆ ｍｅ ｔ ｅ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｏ ｈ ｓｍｏ ｅ ｓｐ ｒ ｒ ｄ ． ｉ ｉ ｌ ｉｅ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ＢＩ ； ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔ ； ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｗ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ； ｓｔ ｉ ｏ ｔ ｅ ｉ ｙ ｍｉａ ｏ ｉ
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性可由式(1)确定[ 7] ·
(K -ω2 M)δ=0 ·
(1)
式中 :M 和 K 分别为系统的质量和刚度矩阵 ;δ
为模态向量 ;ω为固有频率 , 根据灵敏度定义 , 对
设计变量 xi 求偏导 , 得
K xi
δ+K
δxi
ωx2i Mδ-ω2
M δxi
ω2 M
δ xi
=0
·
(2)
将式(2)左乘 δT , 由于 K 为对称矩阵 , 整理可得
图 4 纵梁上 Z 方向最大变 形对板厚的灵敏度 Fig .4 Sensitivity of maximum deformation to
sheet thickness
根据车身的静刚度灵敏度可以合理地调整车 身的刚度分配 , 以满足汽车安全性和可靠性要求 , 保证前后轴间的刚度最大 , 从而初步达到合理的 刚度设计要求·
Structure Sensitivity Analysis and Optimized Design of a Certain White Bodywork
Y ANG Y ing , Z HAO Guang-yao , MENG Fan-l iang
(School of M echanical Engineering & Automatio n, N ortheastern U niversity , Shenyang 110004, China . Correspondent :YA NG Ying , associate pro fesso r , E-mail:y angying sy @ 163 .com)
频率对板厚的灵敏度·以各阶固有频率为约束函 数 , 计算出白车身各部件的第一 、第二和第三阶固
有频率对板厚的灵敏度·板厚变化对前三阶固有 频率影 响较大的部 件号是 :8 , 10 , 14 , 15 , 18 , 24 ,
25 , 27 , 35 和 36 , 部件名 称见表 1 , 其 中 , 部件 24
量的灵敏度关系式为
f xi
=
1 8π2
f
δT
K xi
δ-
f 2
δT
M xi
δ·
(5)
2 .2 固有频率对壳单元厚度参数的灵敏度
由有限元壳单元理论可知 , 平板薄壳单元的
刚度由平面刚度和弯曲刚度组成 , 在小变形情况
下 , 薄壳单元的刚度矩阵是平面刚度矩阵和弯曲 刚度矩阵的叠加[ 8] , 整理式(5), 即得出结构的固
2.0 25 后窗台上板
8 C 柱外板
1.4 27 后窗台侧板
10 顶盖
1.0 28 门槛内板
14 顶盖纵粱
1.3 32 散热器下横梁
5 后围内板
1.0 33 散热器上横梁
18 后轮罩
1.0 35 头灯安装板
20 后减震器座 1.6 36 尾灯安装板
板厚
mm
1 .0 1 .0 1 .0 1 .2 1 .3 1 .5 0 .8 1 .0
率增大 , 而第三阶固有频率几乎保持不变·
图 2 固有频率 对板厚的灵敏度 Fig.2 Sensitivity of natural frequency to sheet thickness
第 8 期 杨 英等 :某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计
11 61
在车身的结构设计中 , 不能盲目地通过增加 部件的厚度来提高车身的固有频率 , 应进行灵敏 度分析 , 合理搭配设计参数·
响 , 即可以得出静态扭转刚度对板厚的灵敏度 , 结
果如图 3 所示·
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
于部件板厚的 灵敏度·在 MSC .Nast ran 软件中 , 可将节点 Node76366 的位移设置为约束函数 , 计 算 Node76366 的位移对于各部件板厚的灵敏度 , 结果如图 4 所示·增加板厚可以使车身整体弯曲 刚度增加 , 也可以使其几乎不变 , 甚至可能降低· 部件 20 , 18 和 28 对车身的弯曲刚度影响较大·
ρ为材料密度 ;A e 为单元表面积 ;m 为厚度是 h
的壳单元的个数 ;δe 是对应厚度为 h 的单元 e 的
分量组成的特征向量·
2 .3 固有频率对板厚的灵敏度分析
选取白车身各部件的板厚为设计参数 , 进行
固有频 率对板厚的灵敏 度分析·采用 MSC . Nast ran 软件 的 M SC .Pat ran 模 块分析车 身固有
用一阶差分 计算节点 位移对壳 单元厚度 h
的灵敏度 :
δh = ΔΔhδ= δ(h +ΔΔhh)-δ(h)· (8)
选取白车身各零部件的板厚为设计参数 , 进
行车身扭转刚度和弯曲刚度对板厚的灵敏度分析· 3 .1 扭转刚度对板厚的灵敏度
通过改变各个部件的板厚参数 , 运用式(8)来
计算部件板厚的微小 变化对静态扭 转刚度的影
某轿车白车身结构如图 1 所示 , 部分部件名
收稿日期 :2007-09-01 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(10402008)· 作者简介 :杨 英(1962 -), 女 , 辽宁台安人 , 东北大学副教授·
1 160
东北大学学报(自然科学版) 第 29 卷
称和板厚如表 1 所示·
ωx2i δT Mδ= δT
K xi
δ-ω2
δT
M xi
δ+(K
δ-
ω2 Mδ)T
δ xi ·
(3)
由式(1)可知(K δ-ω2 Mδ)T =0 , 式(3)简化为
ω2 xi
=
δT
K xi
δ-
ω2 δT
δT Mδ
M xi
δ
·
(4)
将振型向量对质量矩阵做归一化处理 , 并对式(4)
简化 , 且 ω=2πf , 得到系统的固有频率对设计变
第29 卷第8期 2008 年 8 月
东 北 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Journal of Nort heastern University(Natural Science)
Vol.29 , No .8 Aug .2 0 0 8
某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计
杨 英 , 赵广耀 , 孟凡亮
(东北大学 机械工程与自动化学院 , 辽宁 沈阳 110004)
摘 要 :以某轿车白车身为研究对象 , 建立有限元 模型 , 对车身进行 动 、静 态灵敏度分 析 , 以 车身结构 件 的板 厚为设计变量 , 进行车身固有频率 、车身扭转和弯曲刚 度 , 以及 车身质量 对板厚的灵 敏度分析 , 找出对 车 身动 、静态特性影响较大的部件 , 并根据部件的动 、静态 灵敏度对车 身结构进 行优化设计 ;计算 车身质量对 其 固有频率 、扭转和弯曲刚度的贡献率 , 据此确定最优方案·该方法 能够为车身 结构动态 特性的改进 、车身 的轻 量化和车身结构的优化设计提供重要依据· 关 键 词 :白车身 ;有限元 ;灵敏度分析 ;优化设计 ;车身结构 中图分类号 :U 270 文献标识 码 :A 文章编号 :1005-3026(2008)08-1159-05
3 车身结构静态灵敏度分析
车身静态灵敏度主要指静态扭转刚度及弯曲
刚度对设计参数的灵敏度 , 包括车身刚度对板厚
和材料的灵敏度 , 以及车身质量对板厚的灵敏度· 车身结构的平衡方程为[ 9]
Kδ= F ·
(7)
式中 :K 为整体刚度矩阵 ;F 为整体载荷向量 ;δ
为结构的节点位移矢量·采用波前法求解方程组 , 即可求出结构的节点位移·
本文针对某具体轿车白车身进行分析简化 , 建立 其有限元 模型 :单元数 171 697 个 , 焊点数 4 781个·通过选择合适的有 限元单元 , 对车身结 构进行数学离散 , 赋予车身结构合适的材料属性 : 弹 性 模 量 210 GPa , 泊 松 比 0.28 , 质 量 密 度 7 830 kg/ m3·
str uctu re
随着计算机技术的发展和仿真技术 、有限元
分析技术的提高 , 各种计算机辅助设计分析软件 为汽车设计提供了一个工具平台[ 1-3] , 极大地方
便了汽车的设计·车身是汽车最重要的组成部分 之一 , 直接影响汽车的整车性能·本文以某轿车白 车身为研究对 象 , 在 HyperM esh 软件环 境下 , 建 立白车身有限元模型 , 用 MSC .Nastran 软件对车
和 25 的厚度变化对固有频率影响最大 , 见图 2· 可见 , 当增加侧围板 24 的厚度时 , 前三阶固有频
率均增大 , 并可明显提高第三阶固有频率 ;当增加
后窗台上板 25 的厚度时 , 第一和第二阶固有频率
略有增大 , 而第三阶固有频率却大幅降低 ;当增加 部件顶盖纵梁 14 的厚度时 , 第一和第二阶固有频
图 1 白车身结构示意图 Fig.1 Schematic of bodywork' s structure
表 1 白车身部分部件名称和厚度 Table 1 Parts and their thicknesses
部件 号
名 称
板厚 mm
部件 号
名 称
2 前地板
1.2 24 侧围外板
3 后地板
有频率对壳单元厚度参数的灵敏度计算公式 :
∑ f
h
=
m
δTe
1 8π2
f
(EK
e pc
+3 E h
2
K
ebc)-
f 6
ρA
e
M
e c
δe ·
(6)
式中 :f 为系统的固有频率 ;E 为材料弹性模量 ;
h
为单元厚度
;K epc和
K
e b
c为刚度矩