白车身刚度简介
白车身弯扭刚度测试技术与评价方法
20技18术年聚7焦月
技术看点
白车身弯扭刚度测试技术 与评价方法
李伟 端木琼 李占方 （中国汽车技术研究中心有限公司）
摘要：为了满足汽车的舒适性、安全性及操控性方面的要求，在车型开发前期需要评估汽车的弯扭刚度。不同试验条件下测 出的刚度值差异很大，为确保数据的统一性和精确性，提出一种测试技术，通过对比 ! 种试验方案，得到扭转方案 ! 改善了 试验过程中的侧向位移，更接近汽车的真实工况；在该方法的基础上，统计几十款 " 级车的弯扭刚度试验数据，总结出 " 级
之间的距离，间接计算出前后悬的相对扭转角，然后通
载荷
图 B 白车身扭转刚度加载示意图
过加载力矩和前后悬的相对扭转角计算出白车身扭转
前、后悬处扭转角的计算公式为：
- -
2第0178（期7）
技术聚焦
Feature
f=
!f+"f arctan（ # ）
f
（1）
$=
=f-
（3）
距离前轴为 - 的测点 % 向的误差补偿量（/mm）
为：
="r10/. -).
（6）
式中：0— ——前后悬之间的 , 向距离，mm；
-— ——测点距前轴的 , 向距离，mm；
"r1— ——后悬 % 向变形量的平均值，mm。
距离前轴为 - 的测点补偿后的变形量（11/mm）为：
!r+"r arctan（ # ）
r
（2）
式中：f，$—— —前、后悬处扭转角，（）；
பைடு நூலகம்
!f，"f— ——前悬左、右侧 % 向的变形量，mm；
!r，"r— — —后悬左、右侧 % 向的变形量，mm；
白车身名词解释
白车身名词解释一、什么是白车身？白车身是指经过车身打、焊、修砂处理后的未进行涂装和喷漆的汽车车身，也可以简称为“白车身”或者“空壳车身”。
在汽车制造过程中，白车身是一个重要的中间产品，它作为完成整车制造的前序工作，为最终涂装和装配提供了基础。
在汽车生产过程中，白车身通常由车身构架、隔音材料、车身板件等组成。
车身构架是汽车的骨架，承载着整车的结构和稳定性。
隔音材料用于减少车内外环境噪音的传递，提升乘坐舒适度。
而车身板件则是车身的外部结构，由钢板或铝板等材料制成，经过各种加工工艺后焊接在一起，形成最终的白车身。
白车身的制造需要经历多个工序，包括车身打孔、车身焊接、车身修砂等环节。
这些工序的完成需要高度精确的操作和完善的设备，确保白车身的质量和准确度。
二、白车身的重要性白车身作为整车制造的前序工作，对汽车的品质、安全性以及使用寿命有着重要影响。
1.提升整车质量：白车身的制造直接决定了汽车整体的质量水平。
精确的车身结构和焊接工艺，能够保证汽车的稳定性和刚性，提升整车的品质和耐久性。
2.保证车身安全：白车身的焊接质量和结构布局直接关系到汽车的安全性能。
合理的车身结构和坚固的焊接点，能够有效吸收和分散碰撞时的冲击力，保护车内乘员的安全。
3.降低噪音和振动：白车身作为汽车的底盘，通过合适的隔音材料和结构优化，能够降低车内外环境噪音的传递，提升驾乘舒适度，减轻疲劳感。
4.为涂装和装配提供基础：白车身是整车涂装和装配的基础，它的制造质量和加工精度直接影响涂装和装配工序的顺利进行。
优质的白车身能够保证最终整车的外观质量和装配精度。
三、白车身的制造过程白车身的制造过程可以分为多个阶段，每个阶段都需要经过精密的操作和严格的质量控制。
1. 车身设计与构架制造•车身设计：根据汽车的功能和外观要求，制定车身结构的设计方案。
设计师通过计算机辅助设计软件进行三维建模和仿真分析，确定车身结构的关键参数和设计要求。
•车身构架制造：根据设计方案，进行车身构架的制造和装配工作。
白车身静刚度试验系统研究
０ 引言
现 代 绝 大 多数 轿 车 都 采 用承 载 式 车 身 结构 ， 这 种 车 身 几 乎 承 担 了 车 辆 使 用 过 程 中 的 所 有 载
荷 ，车 身 刚 度 变 得 尤 为 重 要 。如 果 刚 度 不 够 ， 不
转 角弧 度 ；ｒ ａ ｄ 。
弯 曲刚 度可 用车身 载 荷与车 身 门槛 或纵 梁 处 的 最 大弯 曲挠度的 比值来 表示 ，弯 曲刚度 公式 为 ：
ＥＩ ＝Ｆ／６
仅 会 引 起 车 框 、窗 框 、 发 动 机 仓 和 行 李 箱 等 的变 形 ，影 响 车 身 结 构 的 安 全 性 、可 靠 性 和 舒 适性 ，
度可 表述 为 ：
Ｋ＝Ｍ／
图 １ 系统 不 意 图
２ ． １ 加 载装 置
加 载 装 置 使 用 的 是Ｉ Ｓ Ｔ液 压 伺 服 系统 ，该 系
统具 有 响 应速 度快 ，灵 敏 度 高 、动 态 性 能 好 等 优 势 ， 能 够 准 确 控 制 载 荷 大 小 、 加 载 方 式 和 移 动
用表明 ，该系统能够实现车身静刚度的准确测量 。 关键 词 ：弯扭刚度 ；Ｏ＃；串行通信
中图分类号 ：Ｕ ４ ６ ７ ． ３ ；Ｔ Ｐ ２ ７ ４ 文献 标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ （ 上） 一０ １ １ ６ 一 Ｏ ４
：
波 ，三 角 波 ， 组 合 波 等 ）对 车 身 施加 作 用 力 。作 动 器 上 的 传 感 器 测 量 力 或位 移 的 大 小 ，并 将 信 号
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
SE分析—白车身分析标准
零部件清单及装配工艺白车身总成分析标准1. 车型机舱盖支撑杆后装结构时，需自制工装用于支撑机舱盖，车型机罩钣金为机盖撑 杆工装提供可靠支撑点，上支撑孔孔形更改为钥匙孔形状。
2. 针对车身黑漆件车型内相似件、对称件以及车型间相似件、对称件进行防错处理C 柱护板右上安装支架 C 柱护板左上安装支架C 柱护板上安装更改前：C 柱护板左/右上安装支架为对称件，存在员工拿错、装错风险。
更改后：C 柱护板左/右上安装支架由对称件设计为左右通用件，避免员工拿错、装错风险前排扶手支架前排扶手支架后排扶手支架后排扶手支架前、后排扶手支架结构类似，存在错装风险，要求增加防错标识NO 问题描述 Problem Description对策 Countermeasurea.避免驾驶舱设置与外界联通的孔，如需开必须有有效的密封H6 白车身总成气密性差，气密性总1措施；b.合理设计车身空腔膨胀胶隔断；c.合理设置涂胶种类，值 130SCFM保证驾驶舱密封连续，涂胶方便可靠。
2 车身锈蚀a.根据防锈管控方案，采用镀锌板；b.依照 Q/CC SJ0469 进行 防锈设计，避免气室、电泳沥液不净、电泳屏蔽问题、电泳液 可达性差问题；c.门槛梁、车门腔体进行喷蜡处理。
C30 前轮外沿凸出车身，车辆在行驶 过程中，前车轮带起的泥沙不能完全在侧围外板后轮弧边沿漆面脱落位置增加防石击贴膜；新车型 3 被翼子板下部遮挡，导致泥沙向后甩进行防石击校核。
出，将轮弧边沿的漆面打伤，造成漆面脱落H6 拖拽 1800Kg 拖车，后拖车装置安 在 12%的坡度上依照拖拽能力对拖车装置施加静载荷分析，材4装点 7000Km 耐久破裂料屈服强度与安装点应力满足 3.5 倍安全系数。
5 车身干涉异响a.保证零件搭接零件间隙在 2mm 以上，重要受力部位，不影 响密封时间隙不小于 5mm；b.焊点布置在边部，约束钣金搭接。
a.结构设计避免大于 3mm 的空洞（改变翻遍方向，增加结构6 指压胶脱落、指压胶部位生锈筋等），车身指压胶数量不多于 6 处；b.指压密封孔不大于8mm；c.指压胶应用在涂装电泳后工序。
白车身培训第一讲-车身结构介绍
• 在汽车车身构造中，有些重要零件的位置涉及到车辆的整体布置、安 全及驾乘舒适性问题，例如立柱。
• 一般汽车车身有三个立柱，从前往后依次为前柱（A柱）、中柱（B 柱）、后柱（C柱）。对于汽车而言，立柱除了支撑作用，也起到门 框的作用。
一、车身结构介绍
A柱（前柱）
• 设计师考虑前柱几何形状方案时还必须要考虑到前柱遮挡驾驶者视线 的角度问题。一般情况下，驾驶者通过前柱处的视线，双目重叠角总 计为5～6度，从驾驶者的舒适性看，重叠角越小越好，但这涉及到前 柱的刚度，既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度，又要减少驾驶
一、车身结构介绍
非承载式车身
一、车身结构介绍
承载式车身 没有分离的车架，车身承受整车的载荷
一、车身结构介绍
皮卡白车身总成的构成
车身本体总成
货厢本体总成
机舱焊接总成
前门焊接总成
后门焊接总成
机盖焊接总成
后围焊接总成
侧围焊接总成
地板焊接总成
顶盖焊接总成
一、车身结构介绍
前结构
一、车身结构介绍
后结构（地板）
一、车身结构介绍
汽车车门
对于汽车而言，车门的质量直接关系到整车的舒适性和安全性。如果车门的质量差，制造粗糙，材料单薄，
就会增加车内噪声和振动，让乘坐者感到不舒适和不安全。因此，购车者在挑选汽车的过程中，要十分注意车门 的制造质量。
白车身结构和制造技术简介
白车身结构和制造技术简介培训教材车身的分类按车身承载情况，白车身可以分为非承载式、半承载式、承载式。
●非承载式结构是由车架与车身组合而成。
在车身全长上具有独立的车架，车架类似人的骨骼，车辆所受载荷主要由车架来承担。
车身弹性地固定于车架上，主要承载内部人员和行李重量。
卡车，大客车，面包车，越野车中使用此种结构的较多●半承载式车身和非承载式车身结构上一样，区别是车架和车身的连接是刚性的●承载式结构的车身没有独立的车架，车身由底板、骨架、内外蒙皮焊接成为刚性框架结构件，整个车身构件全部参与承载，所以称为承载式车身。
一般的乘用车多采用承载式车身车架车身﹢非承载式承载式车身结构设计车身总体尺寸和形状以及承载的结构型式确定后，即可着手进行细致的结构分析与设计。
设计车身结构大致按以下步骤进行：1）确定整个车身应由哪些主要的和次要的杆件组成，使其成为一个连续的完整的受力系统；确定主要杆件采取怎样的截面型式－闭式的或开式的。
2）确定如何构成这样的截面，截面与其他部件的配合关系，密封或外形的要求，壳体上内外装饰板或压条的固定方法以及组成截面的各部分的制造方法及其装配方法等。
3）对各个截面的初步方案制定以后，可以绘制由一个截面过渡到另一个截面的草图，杆件连接结构草图以及与此同时所形成的外覆盖件（壳体、蒙皮）草图。
4）将车身分成几个分总成，例如分为四门两盖、底板、发动机舱、侧围、顶盖、后围等；按分总成着手划分壳体进行分块，并在主要的大型冲压件间的接缝处划线和注明连接型式，以便与制造部门进行商榷。
5）同时进行应力分析计算。
6）进行详细的主图板设计，并画出零件图。
车身结构设计车身骨架设计应满足车身刚度和强度的要求。
刚度不足，将会引起车身的门框、窗框、发动机舱口及行李箱口的变形，车门卡死；低刚度必然伴有低的固有振动频率，易发生结构共振和声响，并削弱结构接头的连接强度，还会影响安装在底架上的总成的相对位置。
而强度不够则将引起构件出现裂纹和疲劳断裂。
白车身名词解释
白车身名词解释1. 什么是白车身？白车身是指汽车制造过程中的一个关键组件，也是汽车的基本结构。
它是指在汽车生产线上，经过焊接、冲压、涂装等工艺处理后的未经涂装的汽车主体部分。
白车身通常由钢板制成，具有承载车辆负荷、保护乘员安全以及提供外观美观等功能。
2. 白车身的组成部分白车身通常由以下几个主要部分组成：(1) 车顶和侧围车顶是白车身的最上部分，位于整个结构的顶端。
它通常由一块承载力强且较轻的材料制成，如钢板或铝合金板。
侧围则是连接前后轮拱的部分，起到加强整个结构刚性和保护乘员安全的作用。
(2) 主梁和副梁主梁是连接前后两端的主要承重构件，负责传递碰撞力和保护乘员安全。
它通常由高强度钢板制成，以确保在碰撞时能够有效吸收和分散能量。
副梁则位于主梁的两侧，起到加强整个结构刚性和增加承载能力的作用。
(3) 车门和车窗框车门是乘员进出汽车的通道，它通常由钢板制成，并安装在白车身侧围上。
车窗框则是固定在车门上的部件，用于安装车窗玻璃和密封胶条。
这些部件不仅提供了乘员进出汽车的便利，还起到了保护乘员安全和防止噪音、水分等外界物质进入车内的作用。
(4) 车身地板和底盘车身地板是白车身底部的平台，它连接了前后轮拱，并提供了乘员座椅、脚踏板等组件的安装位置。
底盘则是白车身底部的承重结构，负责支撑整个汽车，并传递发动机、悬挂系统等力量。
3. 白车身制造工艺制造白车身需要经过多个工艺步骤，包括焊接、冲压、涂装等：(1) 焊接焊接是将不同构件进行连接的过程，通常使用电弧焊接、激光焊接等技术。
焊接可以将车身各个部件牢固地连接在一起，确保整体结构的稳定性和完整性。
(2) 冲压冲压是将扁平的金属板材通过冲压机具有一定形状的模具进行成型的工艺。
通过冲压可以制造出车门、车顶、侧围等白车身部件的形状。
(3) 涂装涂装是对白车身进行表面处理和保护的工艺。
它包括除锈、喷涂底漆、喷涂面漆等步骤。
涂装不仅可以提供白车身表面的美观效果，还能增加其耐腐蚀性和抗划伤性。
- 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)。
强度是抵抗塑性变形的能力,刚度是表示材料发生弹性变形的难易程度
不同类型的刚度其表达式也是不同的，如截面刚度是指截面抵抗变形的能
力，表达式为材料弹性模量或剪切模量和相应的截面惯性矩或截面面积的乘积。
其中截面拉伸（压缩）刚度的表达式为材料弹性模量和截面面积的乘积；截面弯
曲刚度为材料弹性模量和截面惯性矩的乘积等等。
构件刚度是指构件抵抗变形的能力，其表达式为施加于构件上的作用所引
起的内力与其相应的构件变形的比值。其中构件抗弯刚度其表达式为施加在受弯
构件上的弯矩与其引起变形的曲率变化量的比值；构件抗剪刚度为施加在受剪构
件上的剪力与其引起变形的正交夹角变化量的比值。而结构侧移刚度则指结构抵
抗侧向变形的能力，为施加于结构上的水平力与其引起的水平位移的比值等等。
当然，也可以将材料的弹性模量或变形模量理解为材料的刚度。
在白车身刚度建模对标分析中的应用
1 引言
现代轿车车身大多数采用全承载式结构，承载式车身几乎承载了轿车使用过程中
的所有载荷，主要包括扭转、弯曲等载荷，在这些载荷的作用下，轿车车身的刚
度特性则尤显重要。车身刚度不合理，将直接影响轿车的可靠性、安全性、NVH
性能等关键性指标，白车身的弯曲刚度和扭转刚度分析是整车开发设计过程中必
不可少的环节。
本文通过和试验方案对比，提出了用于刚度分析的有限元模型前处理方法，通过
将计算结果和试验结果对比，证明了前处理方法的合理性。
2 白车身结构刚度分析的前处理
2.1 白车身结构的有限元建模
根据企业内部标准，首先利用HyperMesh对白车身各部件进行网格划分，得到白
车身的有限元模型，如图1所示。该模型主要由四节点和三节点的壳单元构成，
焊点采用ACM方式，部分结构涂胶采用胶粘单元模拟。该模型共有438145个节
点，432051个单元。
图1 白车身结构有限元模型
2.2 边界条件与载荷的处理
在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。前轴扭转
夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方
向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。同时，前轴扭转夹具
对车身前部起到了支撑作用，扭转刚度试验如图2所示。故有限元模型中，扭转
工况的边界条件为：后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度，前减震塔约束
X方向的自由度。
扭转工况的载荷施加在前减震塔中心点上，在垂向施加大小相等方向相反的载
荷。载荷的大小通过公式F=M/L求得，其中M为试验要求的扭矩值，L为左右减
震塔中心之间的距离。在线性分析中，施加扭矩的大小和最后计算得到的刚度值
无关，但是为了和试验中测点的位移作对比，分析中施加的扭矩大小应该和试验
的相同，故分析中施加的扭矩为4080Nm，如图3所示。
图2 扭转刚度试验装置图
图3 扭转工况示意图
弯曲刚度试验中，固定夹具通过球铰作用于前后减震塔上，试验过程中前部机构
在X方向会产生微小的位移，故有限元模型中，弯曲工况的边界条件为：前减震
塔约束Y,Z 2个方向的自由度，后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度。
根据试验要求，弯曲刚度的分析，包括中部加载工况和后部中间加载工况两种工
况。
中部加载工况：在前排座椅安装点处共施加6670N载荷。试验时将木块置于前排
座椅安装点上，然后在木块上进行加载，如图4所示；在有限元模型中，将6670N
均布在前排座椅安装点处，如图5所示。
图4 弯曲刚度试验中部加载方式
图5 弯曲工况示意图
后部中间加载工况：在行李箱中部加载3335N。试验时将木板横放在行李箱中部
地板上，木板边缘与车身内壁的距离为70mm，木板的宽度为400mm，然后在木板
上进行加载，如图6所示；有限元模型中的实现方式为，将载荷3335N均布在图
7所示的矩形区域内（不包括模型中下凹部分），矩形的尺寸和位置按照试验中
木板的尺寸和位置来确定。
图6 弯曲刚度试验后部加载方式
图7 弯曲工况后部加载示意图
2.3 输出点的选取
试验中在车身底部布置测点，测点的布置方式如图8所示。为了考察车身的总体
刚度情况，并能更准确地与试验结果作对比，在白车身上共选取320个点，作为
Z向相对位移的结果输出，然后求得刚度值。车身各部件上选取的输出点按特定
的节点号排列。为了方便观察选取点的位移情况，在选取点之间创建PLOTEL单
元，如图9、图10所示，图中方框中的数字代表两节点之间均布的节点数。
图8 车身底部测点布置示意图
图9 车身底部PLOTEL单元示意图
图10 顶部和侧围PLOTEL单元示意图
3 白车身刚度分析及数据处理
利用OptiStruct求解器，对白车身在上述载荷工况下进行静态分析，得到扭转
工况和弯曲工况下的Z向位移分布，如图11、图12、图13所示。
图11 扭转工况下白车身Z向位移分布图
图12 弯曲工况下白车身Z向位移分布图（工况一）
图13 弯曲工况下白车身Z向位移分布图（工况二）
在HyperView中，将上述定义的输出点的坐标值和位移值输出到Excel表中，根
据门窗输出点分析前后的坐标值，计算出各工况下门窗对角线的位移变化量，计
算结果均小于2mm，满足要求。
扭转刚度的计算，选取前左右减震塔3、15点的Z向位移输出，按下式计算：
M为施加的扭矩；和为ΔZ3和ΔZ15的Z向位移值；L为点3与点15之间的距离。其
它输出点作为参考点，以便于和试验结果作对比。
弯曲刚度的计算，选取所有输出点中的最大位移值，按下式计算：
F为弯曲工况中总的加载力；Dmax为选取点中Z向最大位移值。
白车身扭转和弯曲刚度的计算结果和试验结果的对比如表1所示。
表1 弯曲刚度和扭转刚度计算值
4 结论
有限元模拟计算的结果与实验结果有较好的吻合，误差不超过15%，说明有限元
建模、边界条件和载荷的处理，以及后处理中数据处理的合理性。