汽车白车身扭转刚度仿真方法及评价指标

基于灵敏度方法的白车身扭转刚度提升研究

王小留

【摘要】白车身扭转刚度是车身性能非常重要的指标之一,对整车的耐久性,舒适性和操稳性有着直接的影响.一般情况下,白车身扭转刚度与车身结构、型腔断面和材料厚度有着直接关系.文章在某车型车身结构和型腔断面受限的情况下,采用重量灵敏度分析的方法提升白车身扭转刚度,总结出两条重量灵敏度随零件料厚变化的规律,研究了如何合理分配料厚来提升白车身扭转刚度.

【期刊名称】《汽车实用技术》

【年(卷),期】2018(044)009

【总页数】4页(P40-43)

【关键词】扭转刚度;材料厚度;灵敏度分析

【作者】王小留

【作者单位】上海汽车集团股份有限公司乘用车公司技术中心,上海 201804

【正文语种】中文

【中图分类】U467.1

前言

随着汽车的发展，汽车已经不仅仅是一个代步工具，人们对汽车的性能以及安全舒适性提出越来越高的要求。白车身扭转刚度是整车刚度的基础，其对整车的 NVH性能，碰撞安全性能都有着直接的关系。整车刚度不足，会导致整车的模态频率偏低，从而会导致汽车在行驶过程中容易因外界的低频激励引起共振，产生大幅度的振动与噪音。整车刚度不足也会导致汽车在行驶过程中产生大的变形，所以提升白车身扭转刚度对整车性能具有重要意义。

白车身扭转刚度的高低主要受车身结构、型腔断面和材料厚度的影响。一般情况下，优先通过优化车身结构和型腔断面来提升白车身扭转刚度。而往往车身结构和型腔断面受造型风格，人机布置等限制，有时某些车型在造型风格和人机布置上会严重限制车身结构形式和型腔断面的大小，这些车型往往在优化完车身结构和型腔断面的情况下，白车身扭转刚度往往难以满足整车的性能要求，这时需要通过采用新材料新工艺或通过合理增加材料厚度的方式来提升白车身扭转刚度，本文主要介绍后者，即通过重量灵敏度分析的方法，合理分配和改变材料料厚来高效提升白车身扭转刚度。

1 白车身扭转刚度仿真方法

基于CAE仿真技术的白车身动刚度分析优化

AUTO TIME 43 FRONTIER 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 545007　2.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。有效提升了该车型白车身关键接附点动刚度。2　白车身关键接附点动刚度分析2.1　白车身有限元模型建模本文以某车型的白车身结构为分析对象，利用HyperMesh软件进行有限元网格建模。车身钣金件选用壳单元来建模划分；钣金件材料属性：，弹性模量设置为2.1×105MPa，密度设置为7.83×103kg/m3，泊松比设置为0.3；各钣金件主要通过焊点，烧焊，粘胶和螺栓等方式进行连接。采用刚性单元RBE2对烧焊、螺栓进行模拟连接；采用Acm单元模拟焊点连接，采用Adhesives单元类型对粘胶结构进行模拟连接。如图1所示。图1　白车身有限元模型

基于HyperWorks的某轿车白车身刚度分析及优化

科技信息　博士・专家论坛　

基于ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ的某轿车白车身刚度分析及优化　

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，使用有限元分析软件ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ建立其有限元模型，再对白车身的扭转工况和弯曲工　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，得出该轿车白车身的扭转刚度满足国外轿车较高设计要求，但弯曲　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，减小了白车身质量，达到了在白车身轻　量化同时尽量少牺牲白车身刚度的目标。　［关键词］白车身　扭转刚度　弯曲刚度　尺寸优化ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ　

１．引言　现代轿车车身大都采用承载式车身结构，车身由许多不同形状、不　同厚度的薄壁板壳零件焊合、铆接等而成，即使是某些主要的承载梁都　是由内板和外板相互焊接而成，整体结构相对比较复杂。轿车车身刚度　对轿车整体的性能指标有着全面直接的影响，轿车合理的刚度将使轿　车的整体性能指标得到全面的提高。目前国外对轿车的研究十分重视，　轿车车身刚度的研究已是车身开发的重要指标之一ｎ】。　２．白车身有限元模型的建立　该轿车白车身使用的钢板厚度范围为０．５ｍｍ～５．３５ｍｍ，大多数零件　材料厚度在Ｏ．８ｒａｍ一４ｍｍ之间。白车身的材料性能表如表１。该白车身　

一共有１７２个零件，部件主要有三种材料：低碳钢、复合材料和塑料１２１。　本文分析采用的单位制为ｔｏｎ—ｍｍ—Ｎ。　表１轿车白车身材料性能表　

密度　弹性模量　泊松　屈服应力　零件　材料　（ｔ／ｍｍ’）　（ＭＰａ）　比　（ＭＰａ）　

保险杠前部分　塑料　９．１３ｌＥ～１ｌ　３０．６　

前横拉杆　复合材料　２．４Ｅ－０９　２８００　Ｏ３　４５　

白车身其它零件　低碳钢　７．９Ｅ－０９　２ｌ０ｏ００　Ｏ　３　１４　一８００　

文中采用ｒｉ　刚性单元来模拟焊点连接，本文的白车身模型焊点　间距取在５０ｍｍ－－８０ｍｍ之问。该自车身有限元模型具有３５５６８２个单　元，３６８９０１个节点，３４１２个焊点单元。白车身有限元模型如图ｌ。　

车架强度、刚度仿真分析方法

1 1.概述

1.1汽车前舱盖

也称大梁。汽车的基体，一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。

1.2使用软件说明

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如NASTRAN, I－DEAS, AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

ANSYS Mechanical是利用ANSYS的求解器进行结构和热分析的。其可进行结构、动态特性、热传递、磁场及形状优化的有限元分析。

2 1.3相关力学理论

刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征。材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。

刚度是使物体产生单位变形所需的外力值。刚度与物体的材料性质、几何形状、边界支持情况以及外力作用形式有关。材料的弹性模量和剪切模量（见材料的力学性能）越大，则刚度越大。

2.前处理

汽车车架刚度评价标准

汽车车架刚度评价标准是衡量汽车结构强度和稳定性的重要指标之一。车架刚度是指汽车车架在受到外部力作用时的变形程度，刚度越高，车架的变形就越小，结构越稳定。车架刚度评价标准的制定对于确保汽车的安全性和操控性具有重要意义。

汽车车架刚度评价标准的制定需要考虑多个因素。首先，需要考虑汽车在正常行驶和紧急情况下所受到的各种力的大小和方向。这些力包括加速度、制动力、横向力等。通过模拟这些力的作用，可以评估车架在不同情况下的变形程度，从而确定合理的刚度要求。

其次，需要考虑车架材料的特性和性能。不同材料具有不同的强度和刚度，因此需要选择合适的材料来满足刚度要求。同时，还需要考虑材料的重量和成本等因素，以确保评价标准的可行性。

此外，还需要考虑汽车的使用环境和预期寿命。不同地区和不同用途的汽车所受到的外部力情况可能不同，因此评价标准需要根据实际情况进行调整。同时，汽车的预期寿命也会影响刚度要求，长寿命的汽车需要更高的刚度来确保结构的稳定性。

根据以上因素，汽车车架刚度评价标准可以分为静态刚度和动态刚度两个方面进行评价。静态刚度是指汽车在静止状态下所受到的外部力作用时的变形程度。动态刚度是指汽车在运动状态下所受到的外部力作用时的变形程度。静态刚度评价主要包括静态弯曲刚度、静态扭转刚度等指标，动态刚度评价主要包括动态弯曲刚度、动态扭转刚度等指标。

静态刚度评价可以通过实验和数值模拟两种方法进行。实验方法可以通过在实际道路上进行测试或者在实验室中进行模拟试验来获取相关数据。数值模拟方法可以通过计算机软件对车架进行建模，并模拟不同情况下的力作用，从而评估车架的变形程度。

动态刚度评价主要通过道路试验来进行。在实际道路上进行加速、制动、转弯等操作，通过测量车架的变形程度来评估其动态刚度。同时，也可以通过计算机仿真来模拟不同情况下的动态刚度。

总之，汽车车架刚度评价标准是确保汽车结构强度和稳定性的重要手段。通过合理制定评价标准，可以提高汽车的安全性和操控性，并满足不同地区和用途的需求。随着科技的不断发展，评价方法和标准也会不断更新和完善，以适应新型材料和新技术的应用。

车身扭转刚度分析及拓扑优化

-1 - 白车身扭转刚度分析及拓扑优化 Torsion Stiffness Analysis and Topology Optimization of Body in White

摘要: 白车身（Body in White, BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各方面的性能有着直接或间接的影响。本文在已有量产车型基础上，运用HyperMorph工具建立了轴距加长150 mm对应的Morph模型。以Morph模型为研究对象，以扭转工况对应的柔度最小化为目标，利用OptiStruct软件进行了拓扑优化分析。基于拓扑优化结果，对后地板横梁加强板、连接板、后围结构进行了形状优化和截面优化，优化后扭转刚度提升了4.85 %，对后续的设计具有一定的指导意义。关键词: 白车身，Morph模型，扭转刚度，OptiStruct，拓扑优化 Abstract: The torsion stiffness of the Body in White (BIW) is one of the important mechanical properties of the body, and has a direct or indirect effect on the performance of all aspects of the vehicle. In this paper, based on the existing production models, the corresponding Morph model with 150 mm longer wheelbase was established by using HyperMorph tool. Then, taking Morph model as the research object and aiming at minimizing the compliance corresponding to the BIW torsion condition, topology optimization analysis was carried out by using OptiStruct software. Finally, based on the results of topology optimization, shape and section optimization were carried out for the rear floor beam reinforcing plate, connecting plate and the rear frame structure. As a result, the torsion stiffness is improved by 4.85 % after optimization, which has certain guiding significance for the subsequent design. Key words: Body in White, Morph model, torsion stiffness, OptiStruct, topology optimization 1 概述随着经济的快速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。与此同时，车辆的安全性和舒适性也引起了汽车生产厂家和消费者的广泛关注。现代轿车车身大都采用承载式车身设计，车身几乎承受了轿车使用过程中的所有荷载，包括扭转、弯曲、振动以及碰撞等，因此车身必须拥有足够的刚度和强度来保证整车的使用需求和动态性能需求。BIW扭转刚度是整车性能重要的指标之一 [1]，合理的扭转刚度设计可以避免车身在很多工况下

轿车车身模态及扭转刚度灵敏度分析

龙源期刊网

轿车车身模态及扭转刚度灵敏度分析

作者：刘盼,夏汤忠,王萍萍,刘文华,袁智,陆志成

来源：《汽车科技》2011年第06期

摘要：本文以某轿车白车身为研究对象，建立有限元模型，采用优化软件OptiStruct，以车身结构件的板厚为设计变量，进行车身一阶扭转固有频率、车身扭转刚度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，据此确定车身结构的最优设计方案。该方法能够为车身结构动态、静态特性的改进、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；OptiStruct；灵敏度分析

中图分类号：U463.82+1 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）06-0042-04

Mode and Torsional Stiffness Sensitivity Analysis of a Passenger Vehicle Body

LIU Pan，XIA Tang-zhong，WANG Ping-ping，LIU Wen-hua，YUAN Zhi，LU Zhi-chen

（Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company LTD，Technology Center Vehicle

Department，Wuhan 430056，China）

Abstract：In this paper，a finite element model is developed to analyze the sensitivities of its

natural frequency and torsional stiffness and mass to the thickness of sheet of the body.The

汽车车身结构的强度与刚度分析

汽车车身结构的强度与刚度是保证汽车安全性和行驶稳定性的重要因素。在汽车设计和制造过程中，对车身结构的强度与刚度进行合理的分析和优化设计，可以提高汽车的整体性能和使用寿命。本文将从汽车车身结构的强度与刚度两个方面进行分析。

一、强度分析

汽车在行驶过程中会受到各种力的作用，如加速度、制动力、横向力等。因此，汽车车身必须具备足够的强度来承受这些力的影响，以确保车辆在各种情况下都能保持稳定和安全。强度分析主要是指对车身各部位的受力情况进行计算和评估，确定其是否满足设计要求。

1.1 强度计算

强度计算是通过有限元分析等数值仿真方法，对车身结构的受力情况进行模拟和计算，得出各个部位的应力、变形等参数。根据这些参数，可以判断车身结构是否存在强度不足的问题，并对其进行改进和优化设计。

1.2 结构设计

在汽车设计过程中，需要考虑到车身各个部位的受力情况，合理布局材料和加强构件，以提高车身的整体强度。同时，采用轻量化设计和材料优化等手段，可以在不影响强度的前提下减轻车身质量，提高燃油效率和操控性。二、刚度分析

刚度是指车身在不同行驶条件下的变形和振动情况，通过对车身结构的刚度进行分析，可以评估车辆的悬挂系统、操控性和舒适性等性能。刚度分析是汽车设计中一个关键的环节，可以直接影响车辆的整体性能和用户体验。

2.1 刚度评估

车身刚度的评估主要包括车身的扭转刚度、弯曲刚度和横向刚度等方面。通过有限元分析和实车试验等方法，可以确定车身在不同受力情况下的刚度表现，评估其是否符合设计要求。

2.2 刚度优化

在汽车设计中，刚度优化是通过调整车身结构和材料的布局，改进悬挂系统等方式，提高车辆的刚度表现。合理的刚度设计可以改善操控性能和舒适性，提升车辆的整体性能表现。

综上所述，汽车车身结构的强度与刚度是确保汽车安全性和行驶稳定性的重要因素。通过对车身结构的强度与刚度进行科学的分析和优化设计，可以提高汽车的整体性能，为驾驶员提供更加安全和舒适的驾驶体验。

轿车白车身扭转刚度分析及改进

徐杰;曹建国;雷刚

【摘要】利用有限元软件HyperMesh对某轿车白车身几何模型进行修正,并对其进行了网格划分.将模型后悬架支撑点固定在加载装置上,约束后悬架支撑点的6个自由度,通过加力装置在车身前悬架支撑点处施加扭矩,进行整车扭转刚度和洞口变形分析,并根据分析结果对白车身结构提出了改进建议,对车身结构设计具有一定的指导意义.

【期刊名称】《山东交通学院学报》

【年(卷),期】2011(019)002

【总页数】4页(P22-24,35)

【关键词】白车身;扭转刚度;洞口变形;有限元

【作者】徐杰;曹建国;雷刚

【作者单位】重庆广播电视大学汽车工程学院,重庆400052;重庆工商职业学院汽车工程系,重庆400052;重庆广播电视大学汽车工程学院,重庆400052;重庆工商职业学院汽车工程系,重庆400052;重庆理工大学重庆汽车学院,重庆400050

【正文语种】中文

【中图分类】U463.82

车身是轿车的重要组成部分，是整个轿车零部件的载体。车身作为轿车的承载体，必须有足够的刚度以保证其装配和使用要求，同时应具有合理的动态特性以控制振动与噪声，还应具有足够的抗冲击强度以保证发生事故时乘员的安全。本文利用有限元软件HyperMesh/Optistruct对某轿车白车身的整车扭转刚度和洞口变形进行分析，并且对白车身结构提出改进建议。

1 有限元模型

车身的CAD模型由轿车生产厂家提供，系由Catia建模而成。首先利用HyperMesh对模型进行简化和离散。划分网格之前对模型进行必要的几何清理，修正模型存在的缺陷，清除不必要的细节，形成一个简化的模型，以便进行网格划分，从而获得较好的网格质量，提高计算精度。由于车身主要由钣金冲压件焊接而成，因此，采用壳体单元Querd4和Tria3对各个钣金构件进行离散化，单元平均大小为10 mm。钣金件之间的焊点采用Cweld单元进行精确模拟，焊点直径为4

XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度仿真分析及优化

作者：***

来源：《时代汽车》2023年第23期

摘要：通過有限元软件对XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度进行仿真分析，根据分析结果有针对性地加强白车身结构，并通过仿真分析验证优化结果。关键词：白车身强度仿真分析结构验证

1 引言

白车身是客车整体结构中至关重要的承载构件。客车的其他配件，如：底盘件、外饰件、内饰件、电气件等，均通过接口安装于白车身[1]。本文通过有限元软件Hyperworks对XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度进行仿真分析，通过14种典型工况，对白车身进行加载，获取白车身承受应力情况，并基于所得应力情况及分布区域，对白车身结构进行优化，提升白车身强度，减小其所承受应力。通过本文对于白车身分析及优化，为后续城市客车产品设计提供理论基础。

2 白车身有限元模型建立

将XMQ6850AGBEVM城市客车白车身三维数模导入Hyperworks，以建立对应有限元模型[2]。载荷施加是影响计算结果的关键步骤之一[3]。根据整备质量及重心参数将白车身相关负载重量施加于对应位置，其中：电池、空调、乘员等用质量点进行模拟，车辆蒙皮、玻璃及其余内、外饰物料用均布质量点进行配重，所建立有限元模型记为XMQ6850AGBEVM_BASE。

根据实车数据，XMQ6850AGBEVM整备质量为9.1吨，在增加乘员质量（23（坐）+49（站））后，满载质量为14吨。

XMQ6850AGBEVM白车身三维数模所建立有限元模型中，对应车身及车架材料定义如下：

3 白车身强度分析

3.1 载荷描述

本文使用Motionview对14种典型工况进行悬架入力提取，将提取的选加入力输入到整车有限元模型中，使用OptiStruct进行分析。所设定的14种典型极限工况为：