轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE
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
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。
白车身固有振动特性CAE及试验分析对比
井冈山大学学报(自然科学版)72文章编号：1674-8085(2019)02-0072-05白车身固有振动特性CAE及试验分析对比*刁杰胜，刘文慧，尹杨平（奇瑞商用车（安徽）有限公司工程研究院，安徽，芜湖241000）摘要：汽车NVH性能设计需对白车身的固有振动特性进行分析。
本文根据白车身模态实验的状态，建立相应的有限元模型，并对CAE和试验结果进行对比。
结果表明：白车身的前三阶振型一致，第四阶振型基本一致；各个振型对应的固有频率误差在5%内；前二阶试验和CAE的固有频率略低于目标值要求，暂时风险接受，待路试试验验证后再决定是否进行优化；第三阶和第四阶试验和CAE固有频率都满足目标值要求。
根据CAE规范分析得到的结果具有较高精度，针对本车，可用CAE方法进行模态优化，这对降低汽车生产成本，改善NVH性能具有重要意义。
关键词：固有振动特性；NVH性能；试验分析；CAE分析；汽车生产成本中图分类号：U463.82 文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1674-8085.2019.02.013 CONTRAST OF CAE AND EXPERIMENTAL ANALYSIS METHOD FOR NATURAL VIBRATION CHARACTERISTIC OF BIW*DIAO Jie-sheng，LIU Wen-hui，YIN Yang-ping( Automotive Engineering Research Institute, Anhui Chery Commercial Vehicle Company, Wuhu, Anhui 241000, China)Abstract: The natural vibration characteristic of BIW (body in white) should be analyzed in the process of NVH (noise vibration and harshness) performance design for the vehicle. The finite element model is established according to the state of modal experiment for the BIW. The results show that the first three orders of mode shapes for the BIW are the same by the method of CAE (computer added engineering) and experiment. The fourth-order shape is largely consistent. Each proper frequency of each shape has a maximum error of 5%. The first two orders proper frequency measured by the two methods mentioned above are approaching the goal. Both the CAE and experiment results are accepted by risk temporarily. The optimization will be done when the results of test on road are not good. Both the third and fourth-order proper frequencies measured by the two methods meet the goal. The \ results have high accuracy using the method mentioned in the CAE specifications. The modal optimization for the vehicle can use the CAE method. It has significant importance to optimize automobile structures, reduce car production cost and improve NVH performance by using the CAE analysis method.Key words:natural vibration characteristic; NVH performance; experimental analysis; CAE analysis; car production cost汽车生产厂家在设计整车性能时都非常重视NVH性能，NVH性能包括振动、噪声、舒适性等[1]。
CAE技术在白车身设计开发中的应用
CAE技术在白车身设计开发中的应用发表时间：2018-12-26T13:03:22.120Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：刘晨山程爽[导读] 基于社会不断发展的背景下，CAE技术在白车身设计开发期间受到了广泛的关注刘晨山程爽长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心保定 071000摘要：基于社会不断发展的背景下，CAE技术在白车身设计开发期间受到了广泛的关注。
通过分析该项技术特征，在设计环节中针对白车身的模型、静刚度性能指标等加以确认，并且在后期试制测量中进行试验验证。
依照试验验证结果表明，在车身设计环节中使用CAE 技术具有十分重要的作用，它可以有效的指导设计工作，并且检测白车身性能。
关键词：CAE技术；白车身；应用目前，从白车身的静刚度可以看出来，它涉及到的内容比较多，包括静态抗弯刚曲刚度以及静态抗扭转刚度。
面对车震的抗弯刚度和抗扭转刚度而言，其在本质上对于车身质量有着决定性影响。
特别是在经过特大变形以后，如果柔性车身的壳体扭转刚度不合理的话，就不能以应有的方式来承担弯曲作用。
所以，一个良好的车身需要具有一定的刚性壳体。
车身是轿车的重要组成部分，车身结构必须具备一定的刚度，以此满足装配以及使用需求。
1关于有限元分析技术以及应用的软件技术的介绍伴随着网络技术的不断发展，需要对我国数值进行相应的分析。
对于CAE技术而言，其在目前汽车产品中占据着比较突出的地位，通常情况下，它属于一种离散化的方法，主要是将弹性连续性的规划为小单元体积，还需要在有限元的节点中，相互结合，描述出自身的特性，从整个连续性的力学特征可以看出来，绝大多数科学家会认为这些小的特点是力学特性的总和，因此需要设立相应的连续体的平衡关系，从网格细化可以看出来，需要相应的提高准确度，并且在这个的时候，不能太过盲目的追求网格细密程度，所以，得出的网格越多，那么测算出来的资源以及实践也会增多。
当前，在使用的有限元件中，可以分为很多种，包括NASTAN以及ABAQUS等多种元件内容。
轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE
轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE蔡坚勇;宋名洋【摘要】本文介绍利用Altair/HyperMesh软件创建某紧凑型轿车白车身有限元模型,运用MSC/Nastran软件求解白车身结构的固有模态、静态弯曲刚度和扭转刚度.介绍相关试验方法,并把试验值和CAE分析值进行比较.验证了CAE分析模型的有效性,认为该车型车身具有较好的动态特性和静态扭转刚度.【期刊名称】《海峡科学》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】3页(P121-123)【关键词】白车身;模态;弯曲刚度;扭转刚度【作者】蔡坚勇;宋名洋【作者单位】东南(福建)汽车工业有限公司研发中心;东南(福建)汽车工业有限公司研发中心【正文语种】中文当前，CAE（计算机辅助工程分析）技术已经成熟，在国外大型汽车企业中得到了广泛应用，在我国一些大型汽车企业为了提升自主研发能力，已将CAE技术应用到新车型研发中，且获得了良好的效果。
本文分别利用试验方法和CAE分析方法求解某紧凑型轿车白车身的模态、静态刚度值，并把试验值和CAE分析值进行比较，验证了CAE分析值的可靠性。
该车轴距2 510 mm，前轮距1 472 mm，后轮距1 465 mm。
采用Altair/HyperMesh软件创建白车身CAE模型，钣金件用壳单元模拟，共有444 031个，其中三角形壳单元14 124个，占3.2%，单元尺寸5~15 mm，粘胶和焊点采用实体单元模拟，共5 195个，烧焊和螺栓采用刚性单元模拟。
单元质量符合企业给定标准。
为减少CAE建模的工作量，采用同一个白车身CAE模型进行以上所有工况分析。
材料属性由企业提供的参数设置，见表1。
白车身CAE模型如图1所示。
模态分析技术源于20世纪30年代提出的将机电进行比拟的机械阻抗技术，是用于对机械系统、土建结构、桥梁等工程结构系统进行分析的现代化方法和手段[1]。
模态试验是通过试验设备，采集激励点信号和测量点的响应信号，经过软件分析处理后获得结构固有频率和相应振型。
面向某轿车白车身的模态与试验分析
Ｋｅ ｒ ｓ Ｃａ ；Ｂ ｄ －ｎ ｗｈ ｔ ；Ａ ＮＳ ｙｗｏ ｄ ： ｒ ｏ ｙ ｉ－ ｉ ｅ ＹＳ；Ｍ ｏ ａ ｎ ｌｓｓ ｄ ｌａ ａｙ ｉ
ｌ 引
言
能等有着 十分重要 的意义
。
车身结 构模 态分 析是轿 车新产 品开发 中结 构 分析 的主要 内容 。尤其 是车 身结构 的低 阶弹性模 态， 它不仅 反映 了汽车 车身 的振动特 性 ， 且是影 而 响 车身结构 动态 强度 的关键 指标ｕ 。 ］
Ａｂ ｔａ ｔ ＡＮＳ ｏ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｅ ｔｂ ｉｈ ｔ ｅ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ｆｃ ｒｉ ｈ ａ ｅ．Ｊ ｄ ｉ ｇ ｓｒ ｃ ： ＹＳ ｓ ｆｗａ ｅ ｉ ｓ ｄ ｔ ｓａ ｌ ｈ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｄ ｌｏ ａ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｇｎ ｓ ｎｅ ｕ
的车身模 态分 布对提 高整 车 的可 靠性 和 ＮＶＨ 性
收 稿 日期 ：０ ００— １ ２ １—３０
Ｉ Ｋ］ ［ 一 。Ｍ］Ｉ ０ ［ 一 （） ２ 解此 方程 可以得 到结构 的 ”对 特征值 和特 征 向量 ， 对应 于结 构 的频 率 和振 型 。解 广义 特 征 值
的方法主要有广义雅可 比法 ， 逆迭代法以及子空 间法 。当系统 的频 率 和振 型求 得 以后 ， 可 以使 还 用振 型迭 加法求 得 系统 响应 。对 于计算 响应 比较
白车身模态与传函CAE试验对比研究
6
整，相邻加速度峰值幅值基本一致，更新后的模态阻尼值用于后续的NVH响应计算将更加接近于实际情 况。
Acc(mm/s2)
z 信号置信准则 SAC 值初值为 0.4202，更新后 0.4202，该值没有发生变化，说明仿真和试验 FRF
幅值在信号相似性上没有改变；
z CSF 值如图 9 所示，20-25Hz、30-40Hz 和 50-60Hz 之间 CSF 值基本在 90%以上，不过在峰值
附近由于测试和仿真模态频率误差，CSF 值平均在 70%左右；通过对结构模态阻尼调整在
ian首先对白车身整个频率段根据经验设置04的阻尼值力激励点与试验一致即分别在前左纵梁前部z向和后右纵梁后部y向选择两个激振点通过模态叠加法在lmsvirtuallab噪声振动模块中计算得到白车身各测点在单位力激励下的加速度响应经过线性平均得到图8左图所示平均frf及试验曲线对比图
白车身模型 CAE/试验标定研究
4.2 质量标定
8B
CAE 模型白车身称重 350.1Kg，试验白车身称重 357.0Kg（包括粘胶、油漆等），根据一般经验标准：
两者质量差比在 5%以内是可以接受的。本次标定研究两种状态质量差比小于 2%，考虑到粘胶、油漆会
导致试验状态下 BIW 偏重，因此，质量标定的结果合格。
4.3 模态标定
9B
5
验和仿真白车身的状态差异，以及试验布置传感器的位置和数量影响，该白车身可以作为后续分析的基 础模型。
4.4 FRF标定
10B
FRF 标定一般无确定的标准，一些参数可以作为判断 FRF 相关性的依据，但以上通过对白车身质量 和模态的标定，仿真模型和试验白车身在质量阵和刚度阵上已经具有较高的相关性，所以在以下的 FRF 标定中主要考虑对阻尼阵敏感的参数。
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轿车白车身模态和静刚度的试验和ＣＡＥ
东南（福建）汽车工业有限公司研发中心蔡坚勇宋名洋
［摘要］本文介绍利用ＡＩｔａｉｒ／ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件创建某紧凑型轿车白车身有限元模型，运用ＭＳＣ／Ｎａｓｔｒａｎ软件求解白车身结构的固有模态、静态弯曲刚度和扭转刚度。
介绍相关试验方法，并把试验值和ＣＡＥ分析值进行比较。
验证了ＣＡＥ分析模型的有效性，认为该车型车身具有较好的动态特性和静态扭转刚度。
［关键词］白车身；模态；弯曲刚度；扭转刚度
当前，ＣＡＥ（计算机辅助工程分析）技术已经成熟，在国外大型汽车企业中得到了广泛应用，在我国一些大型汽车企业为了提升自主研发能力。
已将ＣＡＥ技术应用到新车型研发中，且获得了良好的效果。
本文分别利用试验方法和ＣＡＥ分析方法求解某紧凑型轿车白车身的模态、静态刚度值，并把试验值和ＣＡＥ分析值进行比较，验证了ＣＡＥ分析值的可靠性。
１白车身ＣＡＥ模型创建
该车轴距２５ｌＯｍｍ．前轮距ｌ４７２ｍｍ。
后轮距１４６５ｍｍ。
采用Ａｌｔａｉｒ／ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件创建白车身ＣＡＥ模型，钣金件用壳单元模拟，共有４４４０３１个，其中三三角形壳单元１４１２４个．占３．２％，单元尺寸５～１５ｍｍ，粘胶和焊点采用实体单元模拟，共５１９５个。
烧焊和螺栓采用刚性单元模拟。
单元质缱符合企业给定标准。
为减少ＣＡＥ建模的工作耸．采用同一个白车身ＣＡＥ模型进行以上所有工况分析。
材料属性南企业提供的参数设置，见表１。
白车身ＣＡＥ模型如图ｌ所示。
表１材料参数
图１白车身ＣＡＥ模型
２白车身模态试验和ＣＡＥ分析
模态分析技术源于２０世纪３０年代提出的将机电进行比拟的机械阻抗技术，是用于对机械系统、土建结构、桥梁等工程结构系统进行分析的现代化方法和手段川。
模态试验是通过试验设备，采集激励点信号和测肇点的响应信号，经过软件分析处理后获得结构固有频率和相应振型。
它可以验证和校核有限元模型的合理性，为后续进行静刚度或其它ＣＡＥ分析提供一个合理的有限元模型。
ＣＡＥ分析是由计算机根据有限元方法，求解有限元模型的固有频率和相应振型。
模态试验和ＣＡＥ分析方法具有相同的效果，二者相互辅助。
２．１模态试验
车辆坐标系的定义：以车辆前进方向为ｘ轴负向，前进方向左侧为ｙ轴负向，竖直向上为ｚ轴正向。
为了使试验值和ＣＡＥ分析值能够进行对比，试验时白车身上布置的测量点和ＣＡＥ模型中的观察点应具有相同的位置。
测量点布置在车身主要承载件上，发动机舱部分均匀布置在左、右前纵梁，前横梁，前嗣上挡板上，乘员舱部分均匀分布在顶蓬前横梁，顶蓬左、右横梁，左、右前立柱。
左、右中立柱．左、右后立柱，后门框，左、中、右地板纵梁，前、后地板横梁，顶蓬加强梁上。
ｘ、ｙ、ｚ三个方向信号提取点数目各为１３０个。
试验时用四根柔软的橡皮绳将白车身悬挂在刚性的支架上。
悬挂点位于前、后悬架与车身的连接点上。
车身保持水平。
这样．整个车身的约束状态接近于自由状态。
本次试验布置两个激励点，分别位于臼车身前部的右纵梁和尾部的左纵梁上，激励信号为猝发随机信号。
试验测餐分析系统如图２所示。
２０１０年第１２期（总第４８期）
１２１
轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE
作者：蔡坚勇， 宋名洋
作者单位：东南(福建)汽车工业有限公司研发中心
引用本文格式：蔡坚勇.宋名洋轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE[会议论文] 2010。