某商用车白车身结构静强度分析
白车身结构弯曲静刚度有限元与试验分析
（ ２ ）
１ 白车身弯 曲刚度理论模型
对 于 白车 身 ， 为 了模 拟 轿 车 在行 驶 过 程 中 的
轿 车轴距 ， ｍｍ；
真实加载变形状态 ， 相关 的约束载荷施加在前后 悬 的安装孔 上。测试静刚度 时 ， 必须保证约束装 置 的刚度不影 响白车身 自身 的刚度 ； 且 白车身受 载后 ， 约束装置不能影响 白车身在空 间上 的 自由
现在 许 多现 有 的轿 车 白车身 试验 都 假定 车身
整体是一具有弯曲刚度 的简支梁 ， 但是 由于在实
际受 载 中 白车 身在 空 间上 存 在 自由 的伸 缩 变形 ，
法： １ ） 在座 椅 固定处 加 载荷 ； ２ ） 在左 右 车 门门槛 上
所 以采用图 １ 所示 的约束方案 ， 在梁上施加力 Ｆ 。 按照材料力学的公式计算 ， 此时 白车的弯 曲 刚度用车身载荷 （ ，） 与最大弯曲挠度（ ） 的比 值来求 ， 即： 弯曲刚度 Ｋ ｂ ＝ Ｆ ／ ｔ ｏ 。 弯曲刚度计算公式如下 ：
４０ ０ ｍ ｍＸ ４０ ０ ｍｍ。
根据 空间 自由度计算 公式 进 行计算 ， 可得 ：
三
Ｓ ＝ ６ ｎ 一 ‘ ∑（ ｉ Ｐ ． Ｉ ） 一 ５ Ｉ ＋ Ｌ ｓ ｖ
ｉ ＝ｌ
（ ３ ）
式 中： ｓ为空 间机 构 的 自由度 ， ｎ为活 动构 件 的数 量， Ｐ 为分 别 对 应 各类 的运 动 副数 量 ， ５ 代 表 虚 约束 ， Ｓ ， ． 代表 局部 自由度 的数 量 。 分 析 可得 ： ： ３ ， Ｐ ＝ ５ ， Ｐ ， ＝ｌ 。此 外 支撑 和 支撑 绕 自己轴线 的转 动 为局 部 自由度 Ｓ ， ， ＝ ２， 而
某商用车白车身模态分析及试验研究
某商用车白车身模态分析及试验研究摘要：本文采用有限元数值模拟方法，并结合试验研究的手段，对某商用车的白车身进行模态分析。
分析过程中，利用超声波检测技术获取车体结构的固有频率，通过有限元分析软件对车体结构进行数值模拟，得到车体结构的振型及固有频率，并与试验结果进行对比，验证数值模拟的可靠性。
最后，针对车体结构的振动问题，提出了一些改进措施，以提高其振动性能。
关键词：商用车；白车身；模态分析；有限元方法；试验研究；振动正文：一、引言白车身是指未安装任何车身部件、发动机和传动系的车身结构，它是整车研究开发中的重要部分。
在商用车研发过程中，白车身的研究和分析对于整车设计和制造具有十分重要的意义。
其中，模态分析是对车身结构进行振动分析的有效手段之一，旨在确定车辆在不同频率下的振动状态。
对于商用车而言，优化车身结构的振动性能可以有效提高车辆的运行平稳性和乘坐舒适性，降低噪音和振动对车辆的影响，从而提高整车的质量和性能。
本文通过某商用车白车身的模态分析和试验研究，验证其振动特性，并提出相应的改进措施，以提高车身结构的振动性能。
二、模态分析方法本文采用有限元数值模拟方法，通过有限元分析软件对车体结构进行数值模拟，得到车体结构的振型及固有频率。
具体步骤如下：1. 建立有限元模型：根据车体结构的实际情况，利用有限元建模软件（如ANSYS等）建立车体结构的有限元模型，包括车身前、中、后三部分，并设置合适的边界条件。
2. 确定振动模态：在模型中输入一个外部激励，利用有限元分析软件计算得到车体结构的振型及固有频率。
3. 验证模拟结果：利用超声波检测技术获取车体结构的固有频率，与有限元分析的结果进行对比，验证数值模拟的可靠性。
三、试验研究方法为验证数值模拟结果的可靠性，本文采用超声波检测技术对车体结构进行试验研究。
具体步骤如下：1. 选择检测仪器：选用超声波检测仪器，如PMUT、HIT、Elcometer等，进行非接触式的结构固有频率测量。
白车身强度分析报告
白车身强度分析报告1. 引言白车身是指汽车的主体骨架部分，它承受着车辆的重量和各种外部力的作用。
白车身的强度是保证车辆在运行过程中能够承受各种力和压力而不发生变形或破裂的重要指标。
本文将对白车身的强度进行分析，以提供有关白车身设计和改进的参考。
2. 强度分析方法为了分析白车身的强度，我们可以采用有限元分析（FEA）方法。
有限元分析是一种工程设计和分析的常用方法，通过将结构细分为有限数量的元素，利用数值计算方法对每个元素进行分析，从而得出整个结构的行为。
以下是强度分析的步骤：2.1 几何建模首先，需要建立一个准确的白车身的几何模型。
可以利用计算机辅助设计（CAD）软件或三维扫描技术获得车身的三维模型。
2.2 材料属性定义每种材料都有其特定的力学性质，如弹性模量、屈服强度和断裂韧性等。
在分析中，需要将这些材料属性定义在模型中。
2.3 边界条件设定在分析中，需要考虑车身受到的各种外部力和约束条件。
这些外部力可以是来自引擎、悬挂系统或碰撞等。
同时，还需要考虑车身的支撑条件和连接点的约束。
2.4 网格划分为了对车身进行数值计算，需要将其细分为有限数量的元素。
这些元素可以是三角形、四边形或六边形等。
网格划分的密度和精度对分析结果的准确性有很大影响。
2.5 载荷施加在分析中，需要根据实际情况施加各种载荷，如静载荷、动载荷和碰撞载荷等。
这些载荷将作用于车身结构上，并导致应力和变形的产生。
2.6 求解和结果分析经过以上步骤的准备，可以使用有限元软件对车身进行数值计算。
通过求解有限元方程，可以得到车身在不同载荷下的应力和变形分布。
然后，可以对分析结果进行评估和比较，以了解车身的强度和刚度。
3. 强度改进措施根据强度分析结果，可以提出一些改进措施来增强白车身的强度和刚度。
以下是一些常见的改进措施：3.1 材料优化选择具有更高强度和刚度的材料，如高强度钢或铝合金，可以显著提高白车身的整体强度。
3.2 结构优化通过对车身结构进行优化设计，可以减少材料的使用量，同时提高整体的强度。
车辆白车身DFMEA分析范例
车身工程中心编制人：新严重度新频度新探测度新风险顺序数1零部件无法安装1车身数据未符合边界要求5按《白车身孔位描述书》和《零部件边界条件确认表》进行数据检查152车身无法焊装、车身运动干涉、车身异响、用户抱怨1三维数据检查未全面检查、运动校核未考虑实车精度、相关零部件未考虑到位5按《白车身自相关检查表》和《车身运动件运动校核检查表》进行数据校核6303整车外观效果差，无法满足客户需求，影响销售4设计间隙、面差不合理；装调不到位；公差分配不合理；定位方式设置不合理6参照相关车型合理设置DTS定义值，合理设置公差，合理设置定位方式6144数模校核，定位方案确定车身4增加模具费用，增加整车成本，影响利润1设计结构时未考虑后期开发车型的共用性5编制车身开发模块化说明，预先设计拓展车型结构方案6305零部件冲压起皱，翻边开裂，尖角争料，产品结构弱，易变形，尖角拉延破裂冲压负角，件拉延开裂，模具上修边刃口强度不足，影响车身性能5冲压SE分析未到位，钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构6120SE分析车身/制造6车身焊接操作性差，工人抱怨、生产率低，焊接效果差，影响车身性能5焊装SE分析未到位，钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构，合理布置焊点位置及层次2407车身电泳底漆厚度不均匀、部分区域未充分覆盖底漆、车身锈蚀、影响整车寿命5涂装SE分析未到位，钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构，保证涂装效果2408总装件无法安装；车身总装操作性差，工人抱怨、生产率低；零部件维修操作性差5总装SE分析未到位未分析可维修性4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构，合理考虑安装操作空间，进行安装虚拟验证2409影响用户乘车舒适性，影响内部载货空间，用户抱怨3未合理设计钣金结构，钣金侵占内部空间6进行CAE分析，在保证车身性能、安装结构的前提下尽量增大内部空间，可对比标杆设计7126初期确定目标值，后期按照执行，尽量加大内部空间车身/整车10影响用户乘车舒适性，影响内部装卸货方便性，用户抱怨3未合理设计钣金结构，未按人机要求设计6按人机要求设计数据，在保证车身性能、安装结构的前提下尽量改善，可对比标杆设计6108方案阶段确定各相关尺寸，保证后期数据满足要求。
基于对标的商用白车身静态刚度试验与分析
基于对标的商用白车身静态刚度试验与分析
张代胜;徐寅生;谭继锦;梁会仁
【期刊名称】《汽车科技》
【年(卷),期】2012(000)001
【摘要】白车身刚度是车身开发阶段研究的重要内容之一,对汽车稳定性、舒适性等具有十分重要的意义.针对某款商用车白车身,进行静态扭转和弯曲刚度实验,并将样车与标杆车实验数据进行对比分析、评价,得出样车刚度性能指标及进一步改进方向.
【总页数】4页(P40-42,39)
【作者】张代胜;徐寅生;谭继锦;梁会仁
【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82
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大客车车身结构强度及刚度分析
xx彩霞xx近年来，随着城市公共交通的不断发展，在经济发达、城市化水平高的大型及特大型城市对大型城市公交客车提出了更高的要求。
对于国内的大客车而言，道路行驶条件较为严峻，通常为B级或C级路面。
客车在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时，整个车身骨架会产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。
因大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构成的空间高次超静定结构。
各杆件结构形状各异，而且杆件之间的连接也是多种多样，骨架受力情况比较复杂，难以用经典的理论方法进行研究。
本文运用有限元方法和电测量技术对某白车身结构进行了研究，并对构件的形状、布置以及板材厚度等影响进行了分析，通过反复模拟计算，设计出满足车身刚度和强度等性能要求的轻量化结构。
1模型的建立1.1车身骨架模型(1)整体坐标系的建立，以通过前轴中心线的垂直平面与客车纵向对称面的交线与车架上平面的交点为坐标原点；以客车前进的反方向为X轴的正方向；以从原点垂直向上的直线为Z轴的正方向；由右手定则确定Y轴。
(2)本文应用ANSY&S序及车身结构模型化方面成功的经验，选取某半承载框架式结构的大客车为研究对象，该车整个骨架由矩形钢管以及钢板冲压件通过焊接而成。
建立模型时取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元计算模型的节点。
根据模型的简化原则，样车车身骨架被划分为1281个长度不等，截面形状各异的单元和783个节点，见图1。
1.2车身有限元计算时载荷的处理(1)对于车身骨架的白重，在软件前处理程序中输入骨架材料密度和重力加速度，程序便根据所输入的单元截面形状、实常数白动将单元载荷因子的信息计入总载荷，进行计算。
(2)对乘客和座椅质量分别在相应受力点上施力。
对于车窗玻璃质量，考虑窗框质量，取系数k=1.2,以均布载荷的形式加到车身骨架腰梁的相应单元(构件)上。
对于底盘各总成质量，以静力等效的原则按实际位置以集中载荷施加。
(3)车架的两根纵梁均为开口薄壁结构，截面形心和弯曲中心不相重合。
某商用车白车身静刚度试验方法研究
４）测试结果分析处理 主要从以下几方面分析： ① 各测点位移变形量以及扭转角； ② 前后轴轴间相对扭转角； ③ 底板在长度方向上扭转角变化曲线。 此次试验测试结果如表 ２ 和图 ９、图 １０ 所示。
表 ２ 轴间相对扭转角计算结果
加载方式 载荷 ［Ｎ﹒ｍ］
１０００ ２０００ ３０００ ４０００
顺时针加载
２．２ 车身扭转刚度计算 客车车身为复杂的空间结构，不同部位的扭转 角有所不同，通常以形为统计目标。当左右载荷不 等时，将会使车身产生扭转变形，作为变形程度的 值，通常用到的扭转角有以下两种： １）前后围间相对扭转角（见图 １）； ２）前后车桥底架轴间相对扭转角。
2 车身静刚度理论计算
２．１ 车身弯曲刚度
２２ 技术纵横
图 ４ 白车身弯曲刚度约束及加载示意图
图 ５ 弯曲试验
４）测试结果分析处理 主要从以下两方面分析： ①各测点在垂直方向上的位移变形量（并找出 沿长度方向上位移变形最大值）； ②底板在长度方向上的垂直挠度变化曲线。 此次试验测试结果如表 １ 和图 ６ 所示。
轻型汽车技术 ２０１１（１／２）总 ２５７／２５８
车身弯曲刚度是评价客车车身性能的一个重要
指标，弯曲刚度可看作是在车身垂直力作用时，车身
纵向的张力，是表示其挠度程度的量。车身的弯曲刚
度可由车身前后的变形量来衡量，对多处加载情况
的弯曲刚度计算，我们通常用车身载荷 Ｗ 与门槛或
纵梁处的最大弯曲挠度 Ｚ 的比值来衡量弯曲刚度，
此时的弯曲刚度计算公式为［１］：
表 １ Ｚ 向挠度计算结果 （单位：ｍｍ）
测点位置
－７－０．０５５
０．４２５
１．１２０
１．９７０
测点位置
２１００
白车身结构强度分析报告模版
目录1.分析目的 (1)2.使用软件说明 (1)3.模型建立 (1)4 边界条件 (3)5.分析结果 (3)6.结论 (21)1.分析目的白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。
本报告采用有限元方法对Q11白车身分别进行了满载、1g制动、0.8g转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价Q11白车身的结构设计，并提出相应建议。
2.使用软件说明本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3.模型建立对车身设计部门提供的Q11白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图3.1所示。
白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳图3.1 Q11白车身CAD以及有限元模型单元类型四边形单元三角形单元单元数目46970015543三角形单元比例 3.4%焊接模拟Rbe单元及实体单元涂胶模拟实体单元单元质量良好强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表 3.2）用质量点单元CONM2单元模拟。
发动机和变速箱、油箱、备胎、冷凝器、前门总成、滑移门总成、后背门总成、发动机罩总成、前排座椅及乘员等使用RBE刚性单元加载到相应总成的安装处。
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某商用车白车身结构静强度分析
本论文依据有限元的基本理论，建立某型商用车白车身有限元模型，并在通用有限元分析系统MSC.Patran/Nastran中进行白车身结构的弯曲、单边扭曲、全扭曲三种工况的静态强度分析。
0 前言
从2000年法兰克福国际商用车展到2009年第37届美国中部卡车展，商用车（尤其是重型卡车）在国际主流车市上凸显强劲的增长势头和市场占有率。
驾驶室作为商用车辆的一个主要产品总成，由于它是造型和结构功能的有机结合体，同时也是驾驶员和乘员工作和休息的空间，因此它在整车中体现出共性的技术应用和独有的发展特征。
本论文某型商用车驾驶室白车身作为研究对象，首先对白车身结构几何进行网格划分，检查网格划分质量，建立精确的有限元分析模型；进而基于此模型，施加适当约束，使用MSC.Patran/Nastran对白车身结构进行弯曲、单边扭曲、全扭曲等不同工况的静态强度仿真分析。
1 白车身有限元模型的建立
驾驶室白车身含有零件数目众多，并且常含有复杂的曲面，用网格准确描述其几何特征的难度较高，复杂的曲面会产生许多网格上的问题，如单元畸变、网格细小、网格失真等诸多问题。
对数目繁多、曲面复杂的零部件划分高质量的网格工作量大、难度高。
除此之外，白车身各个部件之间是通过焊接连接起来的，两部件在焊接处具有完全相同的自由度，为刚性连接，可用一维rigid单元模拟表示。
在整个白车身模型中焊点多达上万个，需利用rigid 面板在焊点位置逐个施加。
并且焊点与焊点、焊点与约束之间很容易出现过约束的情况。
文中将网格的检查标准设为Jacobin=0.6、aspect ratio=5、warpage=15°、skew=40°、min-angle=30°、max angle=120°，经检查后，不合格网格数为162个，网格失效百分比为0.0%，整体上网格的形状较为理想，网格质量较高，为计算结果的准确性提供了一个必要条件。
图1为白车身整车的有限元模型。
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图1 白车身整车的有限元模型
2 白车身弯曲工况下的静强度分析
弯曲工况模拟白车身两前轮同时着地时，主副驾驶员重力、卧铺人员重力以及车身自重对白车身产生静态弯曲作用的情况。
载荷的分布如图2，驾驶座的重力均布于四个连接座椅的部件上，主副驾驶座受力均为1000N。
卧铺人员的重力均布于卧铺板，合力为1000N。
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图2 弯曲工况载荷分布
约束的分布如图3，前面两处约束表示车身与两个前轮的连接，因为前轮始终着地，需限制Z方向的自由度；后面两处约束表示车身与车架的连接，限制了X、Y、Z三个方向的自由度，表示节点位置固定。
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图3 弯曲工况约束分布
图4左图为经静态分析后的白车身整体应力云图，最大应力为148MPa，但应力数值偏大。
右图为主后杠为应力偏大的主要部件，主要集中在与车架连接的位置。
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图4 弯曲工况静态分析后的应力云图
2 白车身单边弯曲工况下的静强度分析
单边扭曲工况模拟白车身两前轮中主驾驶轮跳到悬空时，主驾驶员重力对白车身产生静态单边扭曲作用的情况。
单边扭曲工况主驾驶轮悬空，副驾驶轮着地，前副驾驶轮处存在约束，限制Z方向的自由度；后面两处约束表示车身与车架的连接，同样限制了X、Y、Z三个方向的自由度，约束节点位置固定。
单边扭曲工况仅受主驾驶室处的重力，主驾驶员的重力均布于两个连接座椅的部件加载到车身上，主驾驶座处受扭力为1000N。
经Nastran分析后，与/zsjm/弯曲工况类似，主后杠仍是主要应力部件，最大应力达210MPa超过屈服极限，其余部件的最高应力为90MPa，符合强度理论的要求。
图5为单边扭曲静态分析的应变云图，最大应变为2.29mm。
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图5 单边扭曲工况静态分析应变云图
3 白车身全扭曲工况的静强度分析
全扭曲工况模拟白车身两前轮均悬空时，主副驾驶座上相对反向的作用力对白车身产生静态全扭曲作用的情况。
此工况两前轮均悬空，车身前端两个与前轮连接位置均无约束；后端两处约束表示车身与车架的连接，同样限制了X、Y、Z三个方向的自由度，约束节点位置固定。
全扭曲工况主驾驶座从下至上均布于两个连接座椅的部件上施加了1000N的力，副驾驶座从上至下均布于两个连接座椅的部件上施加了1000N的力。
经Nastran分析后，主后杠仍为主要应力部件，最大应力达403MPa，不仅超过材料屈服极限，而且超过了材料抗拉极限。
图6为全扭曲静态分析的应变云图，最大变形为19.13mm。
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图6 全扭曲工况静态分析应变云图
4 小结
文中首先建立了某型商用车白车身的精确有限元模型，确定了合理的网格划分和精确的约束施加位置，并对其在三种不同工况下的静强度进行了分析。
通过上述的分析，可以得到不同工况下白车身结构的应力和应变值，并能够准确判断应力较大区域。
经比较，白车身结
构具有较大的优化空间。