白车身扭转刚度
基于灵敏度方法的白车身扭转刚度提升研究
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白车身扭转刚度仿真方法是通过约束白车身的后端，下图1所示，在白车身前端的减震塔处施加扭转载荷进行评估。
轿车白车身模态分析和局部刚度优化方法研究
模态坐标来代替物理坐标 , 使坐标耦合的微分方程解
耦为各个坐标独立的微分方程组 , 从而求出系统的各
阶模态参数 。对于无阻尼自由振动系统 , 阻尼和激励
沿纵向弯曲
5
53156
沿纵向弯曲 ,后窗局部变形
6
ห้องสมุดไป่ตู้56177
后部变形 ,后窗处较明显
有限元模态分析部分振型图 , 如图 2 示 。
2 有限元模态分析 根据某轿车白车身总成与零件的装配关系建立白
图 2 模态分析振型图 Fig1 2 Mode shapes for modal analysis
1 34 公 路 交 通 科 技 第 27 卷
模态分析来获得[1 ] 。 本文以某轿车白车身为研究对象 , 建立白车身有
限元模型 , 采用有限元模态分析和试验模态分析 , 对 其结果进行对比研究 。从振动 、强度角度考虑 , 分析 了该白车身所承受内外激励的影响 。并根据应变模态 的局域性特点 , 提出利用模态应变能分布优化车身结 构局部刚度的方法 。
21 Research Institute of Highway , Ministry of Transport , Beijing 100088 , China ; 31 Chery Automobile Co1 , Ltd1 , Wuhu Anhui 241009 , China)
Abstract : Using preprocessing software Hypermesh and FEA software MSC1Nastran , the detailed finite element model of car bodyΟinΟwhite (BIW) was established based on the theory of finite element1 Finite element modal analysis and experimental modal analysis were conducted to get the modal parameters of BIW , including natural frequencies and corresponding mode shapes respectively1 With comparison of the result of the simulation with that of test , the validity of the FEA model was verified1 From the view of vibration and strength , the impact of internal and external incentives on the BIW was analyzed1 According to strain mode local characteristics , a new method to determine the position where the maximum elastic deformation takes place by using the strain energy distribution of the vibration modes of different orders was therefore proposed1 The method can be used to improve the local rigidity of BIW1 The result shows that this method is reasonable and practical for the car body design1 Key words : automobile engineering ; modal analysis ; modal strain energy ; bodyΟinΟwhite ; local rigidity
轿车车身模态及扭转刚度灵敏度分析
地板 等 部件 的板厚 对 一阶扭 转 固有频 率 的灵敏度 系
数较 大 ，即图 ３所 示部 件板厚 的改 变对 车身 一 阶扭 转模 态频 率 影响较 大 ， 图 ４ 见 。
图 ２ 参 与 灵敏 度 分 析 的 车身 部 件
．
ｚ １
２ 车 身 结构 模 态 特 性 灵 敏 度 分 析
・
４ ・ ３
设 计 － 究 碉
００ ．７
００ ．６
汽 科 第６ ０１ １ 车 技 期２１年１月
Ｏ．５ ０
００ ．４
００ ．３
萋． ０ ０ ２
０ Ｏｌ ． ０ ．
图 ４
灵敏 度 系数 较 大 的 部件
１ ２４２ ８４３ ４ ３ ３ ６ １ １ １ ８ １ ０ ４ ０ ２ ４ ３１ ｌ３ ７ ９ ２ ４１ ９ ４ ９ ９ ９ ｏ ５ ９ ３ １ ７
３６ ９
后 搁 板 侧 围
承 载 地 板
频 率值 作 为优化 的约束 条件 ，白车 身 重量做 为优 化
目标 。 由模 态分析 理 论可知 ，系统振 动 固有频 率 特性
可 由式 （ ） 定 ： １确 （ —Ｊ ０ Ｋ ｏＭ）＝ ２ （） １
４８ １
后 轮 罩
３３ １
部 件 Ｉ Ｄ
１２ ９
部件 名 称
后 地 板
态 优化 问题 的数学模 型 时 ，首 先需要 确定 决定 结构
特 性 的 设计 变 量 ， 中车 身 结 构 的板 厚 、 料 、 松 其 材 泊 比、 性模 量等 都 可 以被 选做 设计 变量 ， 常将模 态 弹 通
４９ ３ ４２ ２
将振 型 向量对 质量 矩 阵做 归一化 处理 ，并对 式
某轻型载货车白车身刚度和强度试验分析
［ 关键词】白车 身； 静 刚度 ； 静强度 ； 试验分析 ［ 中图分类号 ］ Ｕ ４ ６ ３ ． ８ ２ ［ 文献标志码 ］ Ａ ［ 文章编号 ］ １ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ６ — ０ ５
Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｉ ｆｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ Ｌｉ ｇ ｈ ｔ Ｔｒ ｕ ｃ ｋ ＢＩ Ｗ Ｗａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ， Ｔ ａ ｎ Ｊ ｉ ｊ ｉ ｎ ， Ｘ ｕ Ｚ ｈ ａ ｏ ｙ ｕ ｎ ， Ｗｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ Ｃ ｉ ｔ ｙ ， Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ２ ３ ０ ０ ０ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ，ｌ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｇ ｏ ｏ ｄ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｍａ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ．
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
白车身灵敏度分析规范
1
1
DESVAR
1 gc10.75 0.6 0.9
$HMNAME DVPRELS 1
~gc1 1
DVPREL1 1
PSHELL
1
4
1
1.0
5. 选择 SOL200 求解器
关键字：SOL 200
6. 设置分析类型
变量的初始值、下限和上限
变量和板件属性关联
0.0
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白车身灵敏度分析规范1of10pdfcreatedwithpdffactoryprotrialversion1标题摘要目录11标题标题部件子系统名上一级系统版本号白车身灵敏度分析规范白车身na目的相关的试验规范分析白车身性能对板件厚度的灵敏度na撰写人撰写日期黄石华2011032612摘要白车身灵敏度分析就是确定白车身特性响应对板件厚度变化的灵敏度白车身特性响应主要包括扭转模态频率和扭转刚度弯曲刚度工况下的关注点位移
白车身灵敏度分析规范
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1 标题/摘要/目录
1.1 标题
标题
白车身灵敏度分析规范
目的
部件/子系统名 上一级系统
白车身
N/A
相关的试验规范
分析白车身性能对板件厚度的灵敏度
S
i r
=
0.01M 0
S
i m
P0
×
S
i p
× 100%
（1）
式中，
S
i r
为第
i
个部件的相对灵敏度；
M 0 为白车身初始状态总重量；
某轻客白车身刚度灵敏度分析与优化
某轻客白车身刚度灵敏度分析与优化冯兰芳;王宏晓;惠延波;夏兆义【摘要】在白车身开发早期阶段，运用有限元仿真分析方法，在Nastran中对该车白车身进行弯曲刚度和扭转刚度分析。
在白车身刚度分析的基础上对其进行灵敏度分析与优化，最终得到在弯曲刚度和扭转刚度都达到设计目标值的情况下白车身减重2kg,有效的控制了分析与优化时间，给车身的设计提供了指导。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】4页(P102-105)【关键词】白车身;弯曲刚度;扭转刚度;灵敏度;优化【作者】冯兰芳;王宏晓;惠延波;夏兆义【作者单位】河南工业大学先进制造研究所，郑州 450007;河南工业大学先进制造研究所，郑州 450007;河南工业大学先进制造研究所，郑州 450007;河南工业大学先进制造研究所，郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】U4630 引言随着国内汽车产量的不断攀升，竞争加剧，能源的日益短缺，环境的日益恶化，油价不断上涨，这就促使汽车企业需要在不断提高车辆性能的同时，进一步降低油耗及成本，轻量化设计已成为汽车业关注的焦点。
车身作为占整车质量比例较大的结构，往往是轻量化设计的重点对象。
而车身作为一个关键受力结构，必须有足够的刚度来保证其装配和使用要求。
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。
所以基于白车身的刚度的轻量化研究就比较重要和实用[1～3]。
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。
本文以某汽车公司正在研发的某款轻型客车的白车身为研究对象，基于该公司产品设计部门提供的整车CAD模型，在Hypermesh中对其进行有限元建模，运用大型有限元求解器Nastran中对其进行弯曲刚度、扭转刚度求解。
在刚度求解的基础上，以白车身关键钣金件厚度为设计变量，以刚度为约束，以白车身钣金件的总质量最小为目标函数，在Nastran200中进行灵敏度优化分析。
车身弯曲及扭转刚度目标值确定方法探讨
车身弯曲及扭转刚度目标值确定方法探讨在汽车的设计生产过程中，车身刚性是非常重要的评判指标与设计基础。
一辆汽车想要具有良好的操作稳定性能，良好的车身刚性是基础。
车身刚性并不是直接提升车辆的操作稳定性能，但却是汽车相关性能调校的基础。
若汽车的刚性太差，车身就会吸收一部分能量发生形变，最终将会出现转向问题或行走线路达不到预期等情况，或者给人感觉整车松散，从而影响车辆的操作稳定性。
白车身刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度。
弯曲刚度可用车身在垂直载荷作用下产生的挠度大小来描述，扭转刚度可以用车身在扭转载荷作用下产生的扭转角大小来描述。
车身弯曲及扭转刚度的加载方法、计算方法及结果评价方法等多种多样，每个企业也有不同的要求。
本期我们重点探讨车身弯曲刚度及扭转刚度目标值的制定方法。
一、车身刚度目标的来源车身刚度目标来源有不同的出处，通过查找相关文献其主要有以下：1、Bending Stiffness Requirement：The feeling of solidness as the vehicle drives over road irregularities. Solidness is a subjective feeling that the ve hicle is “well put together”, “vault-like”, and not “loose” or “shaky”. This subjective feel has been correlated to engineering parameters; one of the more significant is body vibration resonance.2、Torsional Stiffness Requirement：To ensure good handling properties, the body should be torsionally stiff relative to the suspension stiffness.To ensure a solid structural feel and minimize relative deformations which result in squeaks and rattles. This is related to the fundamental natural frequency of the body twisting mode.3、总结以上两点，即车身弯曲刚度目标来源主要是整车弯曲模态，扭转刚度目标来源主要是操纵稳定性和整车扭转模态。