轿车白车身刚度分析及轻量化设计研究_王晓枫
轿车白车身静刚度分析
某些有 向环 的消 除并无 现成 规则 可供 遵 循 ．需要装 配工 艺人员 的介入 或者 对装 配顺 序 推理 规则集 进行
（ｎｖｒ ｔ ｏ ｈ ｇ ａ ｆｒ ｃ ｎ ｅ＆ Ｔ ｃ ｎｌ ｙ Ｕ ｉｅｓｙｆ Ｓ ａ ｈ ｉｏ ｉ ｃ ｉ ｎ Ｓｅ ｅｈ ｏ ｇ ， ｏ Ｓ ａ ｇａ ２０ ９ ，ｈｎ） ｈ ｎｈ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｉ
手减少 实际 参与排 序 的节点 数 、消 除初 始装 配信 息
模 型 图 中 的 有 向 环 的 途 径 来 建 立 车 身 装 配 体 的 Ａ Ｖ模型 。 配体 中一 些典 型子 装配 的识 别与装 配 Ｏ 装
Ｔｈ ｅ Ａｕｔ －Ｂｏ ｙ Ａｓ ｅ ｂｌ ｑｕ ｎ ｅ Ｐｌ ｎ ｏ ｄ ｓ ｍ ｙ Ｓｅ ｅ ｃ ａ Ｂａ ｅ ｏ ｐ ｌ ｇ ｃ ｌＳｏ ｔｉ ｓ ｄ ｎ Ｔｏ ｏ ｏ ｉ ａ ｒ ｎ Ｄｉｅ ｔ ｄ Ｇｒ ｐ ｒ ｃｅ ａ ｈ
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轿车白 车身静刚度分 ， 林 析 夏国
设 计 －硼 究
底
夏 国林
（ 龙 联 合 汽车 工 业 （ 金 苏州 ） 限公 司 ， 州 ２ ５ ２ ） 有 苏 １０ ６
摘 要 ： 用ＨｙｅＭｅｈ Ａ Ｓ Ｓ 件 建 立 了 某 国 产 中 高级 轿 车 白车 身 的 有 限 元 模 型 。通 过 对 其 进 行 刚度 分 析 和对 国 采 ｐｒ ｓ和 Ｎ Ｙ 软 内 外 同级 别 的车 型 进 行 比较 来 判 断 该 轿 车 的 刚 度 情 况 ．针 对 分 析 结 果 和 相 关 车 型 的 比较 后 对 该 车 刚度 情 况 做 了一
基于多目标优化的白车身结构轻量化设计
基于多目标优化的白车身结构轻量化设计作者：王康曹永晟贺启才赵国栋来源：《时代汽车》2023年第22期摘要：白車身轻量化研究有利于提高整车性能和减少研发成本，首先建立了某乘用车白车身的有限元模型，接着根据仿真模型分别计算出与NVH、静刚度及正面碰撞安全性能相关的参数，模型各项指标均满足要求。
其次，依据综合灵敏度分析思路筛出与碰撞安全无关的设计变量，并且参照能量吸收曲线图选出正面碰撞安全板件的设计变量。
针对白车身非碰撞安全相关板件的轻量化设计，根据试验设计方法设计出样本点，对比各类近似模型的精度，采用了椭圆基近似模型，将白车身质量最小、低阶模态最大作为设计目标，把白车身的静态扭转刚度以及静态弯曲刚度作为设计的约束条件，并采用遗传算法对非碰撞安全板件进行多目标优化。
针对白车身正面碰撞安全相关板件的轻量化设计，根据试验设计方法设计出样本点，对比各种近似模型的精度，采用了响应面模型，将白车身质量最小、乘员舱加速度峰值最小作为设计目标，将一阶弯曲和一阶扭转模态频率、静态弯曲扭转刚度作为设计的约束条件，并采用遗传算法对碰撞安全板件进行多目标优化。
最后，对轻量化前后的性能参数进行比较分析，实现了白车身质量降低13.4kg，降幅3.32%，轻量化系数减小了1，不仅保证了静态弯曲刚度和扭转刚度、白车身的模态频率各项指标基本不变，并且提高了白车身正面碰撞性能。
结果表明基于多目标优化的白车身结构轻量化设计的减重效果较好，对车身的轻量化设计具有一定的参考意义与指导价值。
关键词：白车身灵敏度分析试验设计近似模型多目标优化轻量化1 引言随着新时代的发展，世界汽车保有量不断增加，国家对汽车的安全性能和排放指标也越来越严格。
车辆正朝着安全舒适、持续发展、电动智能的方向发展，白车身轻量化可以对汽车工业所遇到的绿色环保、主被动安全性和能耗等问题的解决有所帮助，白车身是集汽车造型以及性能为一体的关键子系统，汽车轻量化方案的选择中，白车身结构的轻量化备受学术研究者与各大车企的关注。
白车身轻量化设计分析
白车身轻量化设计分析 邢如飞;孔繁华;林绍坤 【摘 要】针对某轿车减重的项目要求,利用有限元灵敏度优化分析技术,基于经试验验证后的有限元模态分析模型建立灵敏度优化分析模型,用MSC.Nastran求解得到灵敏度矩阵和设计变量的迭代历史过程.结合灵敏度分析对基础模型减重,并对减重后的模型进行刚度、碰撞等相关性能的验证,完成轻量化分析研究.
【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》 【年(卷),期】2012(029)003 【总页数】5页(P43-47) 【关键词】白车身;模态分析;灵敏度;优化 【作 者】邢如飞;孔繁华;林绍坤 【作者单位】华晨汽车工程研究院,沈阳110141;华晨汽车工程研究院,沈阳110141;华晨汽车工程研究院,沈阳110141
【正文语种】中 文 【中图分类】U461.91
汽车轻量化在汽车制造领域有着举足轻重的作用，但是直到20世纪中期，它都没有得到人们的重视。随着能源危机的爆发，能源与材料价格与日俱增，汽车厂商的生产成本也逐年增加，这使得各个汽车厂商不得不把汽车轻量化提上议事日程;20世纪末和21世纪初世界各国先后出现了百公里油耗3L的汽车，这类汽车的质量基本上处在750～850 kg之间;到目前为止，轿车的车身重量己降低到20世纪80年代的三分之一［1］。作为汽车制造大国的日本，提出了“以克为单位减轻汽车质量”的设计理念，可见汽车轻量化在国外已经引起各大汽车公司的足够重视。 相比国外而言，我国在汽车轻量化方面的研究还处于起步阶段，汽车轻量化进程刻不容缓，随着国家汽车轻量化技术创新战略联盟在宁波正式宣布成立，国内汽车轻量化的大幕已经开启。国内很多院校和学者都在轻量化方面做了大量的工作，并在“九五”与“十五”期间取得了一些成果，并逐渐推广运用到一汽轿车等公司的轿车车身上［2］。 轻量化的目的在于确保车体安全性、耐撞性、抗振性及舒适性的前提下，减轻车身骨架的质量，同时汽车自身造价应不被提高来确保增强产品的竞争力。传统的轻量化设计问题都是依赖工程师的设计经验，通过反复的试凑方法来得出最终的产品设计方案，同时它还需要开发和试制出一系列成品来进行产品各种性能的分析，这不仅导致了开发周期长，而且开发成本高，从而使得产品失去竞争力。随着计算机技术的发展，有限元优化分析技术逐步完善，并且CAE技术在汽车轻量化设计中发挥着越来越重要的作用，已经逐步能指导设计实践［5－7］。 1 模态分析模型的建立及验证 车身板金件一般都很薄，所以对车身板金件采用壳单元进行离散化，壳单元的基本尺寸为10 mm×10 mm，最小尺寸大于5 mm;采用SOLID单元来模拟胶连接，CBAR单元模拟弧焊，点焊用CWELD单元模拟。离散化时去掉局部过度或工艺要求的对整体刚度影响不大的局部特征;忽略半径小于4 mm的倒角;保留螺栓连接孔和减重孔;保留较大的加强筋、翻边和凸台。建立的有限元模型如图1所示，单元总数为483 025。 图1 白车身有限元模型 用有限元分析软件Nastran求解白车身的前20阶模态，其中第一阶舱摆、整车弯曲和扭转模态是重点关注的，求解的结果和试验进行对比，结果如表1所示(仅列出了重点关注的模态)。 表1 模态计算结果和试验对比 (单位:Hz)阶次 振型 计算值 试验值 误差1 舱摆35.44 38.53 －8.02%2 整车扭转 48.89 49.17 －0.57%3 整车弯曲49.63 54.33 －8.65% 误差在10%以内是可以接受的，说明建立的有限元的模态分析模型是正确的。 2 模态灵敏度分析 2.1 灵敏度分析的基本理论 灵敏度分析是一个广泛的概念，是目标函数和约束条件对设计变量的偏导数以至二阶偏导数的计算，即结构响应量对设计变量的变化率。从数学意义上可理解为:若对可导，其一阶灵敏度可表示为［3］:
基于相对灵敏度的某纯电动车白车身轻量化研究
为了建立精确恰当的有限元模型,本文研究和总结了有限元模型 的建立原则和方法,对白车身的几何模型按照一定的原则作了清 理,选择合适的单元格大小进行网格划分,然后选择合适的焊点 连接方式,对各部件赋予属性,建立了车身的有限元模型。(2)分 析了车身的静动态刚度。
阐述了弯曲刚度和扭转刚度的计算原理及方法,对计算的结果按 照一定的评价标准作了分析,发现该款车身有较好的弯曲刚度, 但是扭转刚度不足,这是后期结构优化的重要方向;分析了车身 前6阶的模态频率的振型情况,结果表明该车身具有较好动态刚 度性能,在汽车正常行驶的情况下不会发生共振问题;并且对车 身的紧急制动工况和急转弯工况作了分析。(3)探究了车身部件 厚度对整车性能的影响。
基于相对灵敏度的某纯电动车白车身 轻量化研究
车身是一个由大量零部件组成的复杂的结构,是整车的重要组成 部分,车身的轻量化设计可以明显降低整车的重量,使整车的性 能得到提高,从而减少日趋严重的能源枯竭问题和环境污染问题。 对纯电动车进行轻量化设计,不仅可以解决一些能源和环境的问 题,而且能够延长纯电动车的续航里程。
阐述了基于灵敏度优化方法的原理,选择了 100个车身零件厚度 作为设计变量,分析这些零件的板厚对车身弯曲刚度、扭转刚度、 一阶模态频率和整车自重的灵敏度,研究发现基于直接灵敏度的 分析并不能为轻量化提供很好的设计方案,需要其他的评价准则。 (4)基于相对灵敏度的白车身轻量化设计以及扭转刚度的优化。
为贯彻可持续发展的方针,纯电动汽车车身轻量化设计是现代化 汽车工业中的一项重要课题。目前车身的轻量化设计主要有三 种方法:结构优化、采用新材料、使用新工艺。
本文以某国产纯电动车为研究对象,基于有限元分析的理论,采 用尺寸优化的方式对该车身进行轻量化设计,并且通过工艺改善 和修改结构的方法对扭转刚度进行了一定的优化。本文的研究 内容主要有以下几个方面:(1)利用Hypermesh建立了白车身的有 限元模型。
白车身典型截面及轻量化设计
白车身典型截面及轻量化设计陈东;姜叶洁;刘向征【摘要】白车身典型截面的设计直接影响着整个白车身各项性能,在概念设计阶段,传统方法对如何设计典型截面具体尺寸可以提升白车身弯扭刚度、模态性能没有明确方向,对提升性能同时控制车身质量也没有系统研究.通过对标杆车白车身不同位置的典型截面设置几何参数,得到不同参数截面下白车身弯扭刚度、模态及质量的灵敏度结果,进而根据灵敏度结果,经过多轮多目标优化,提升弯扭刚度、模态,降低车身质量,在概念阶段给典型截面尺寸设计提供量化指导方向.该方法已经应用于传祺系列车型的开发应用中,实现了典型截面设计指导和减重降本的效果.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】4页(P231-234)【关键词】典型截面;多目标优化;概念设计阶段;弯扭刚度;模态;轻量化【作者】陈东;姜叶洁;刘向征【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511400;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511400;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511400【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言在轿车的概念设计阶段，如何有目标的正向量化设计轿车关键区域的典型截面一直是一个难题，通常情况都是单独的评价该典型截面的惯性参数，随着一些有限元技术的发展，把白车身简化成梁结构的有限元模型，然后根据梁结构的白车身简化模型进行灵敏度分析[1]，国内外一些学者通过有限元法对车身梁截面尺寸进行了自动优化设计并已发表大量文章[2-8]，也有学者从理论上用解析公式分析梁结构的截面参数和材料特性对其刚度的影响[9]。
但少有人对典型截面的具体几何尺寸作为设计参数，同时考虑梁截面的几何尺寸对弯扭刚度、模态以及质量的影响，而这种设计思路，在整车开发流程中的概念设计阶段的正向开发中起着关键的作用，能够有效缩短设计开发流程，节约设计成本及试验验证成本。
车身扭转刚度分析及拓扑优化
白车身扭转刚度分析及拓扑优化Torsion Stiffness Analysis and TopologyOptimization 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 optimization1 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。
白车身接附点动刚度优化设计
白车身接附点动刚度优化设计白车身接附点动刚度优化设计随着车辆制造技术的不断发展，汽车的安全性能、舒适性能以及使用寿命等方面的要求越来越高，白车身的接附点动刚度优化设计成为了一项非常重要的工作。
接附点动刚度是指车辆受力后在车身车轮接触点产生的位移值与施加的受力的比值，通常也叫做车辆的高速稳定性。
以下介绍一些常见的白车身接附点动刚度优化设计方法。
1、轻质化设计将白车身轻量化是提高接附点动刚度的一种有效方法。
在设计过程中，可以采用高强度钢材、铝合金、碳纤维等轻量化材料来替换传统材料。
轻质化设计不仅可以减少车身重量，提高燃油经济性，而且可以提高车身的接附点动刚度。
2、前后轴重分配设计这是一种有效的设计方法，通过将车辆的前后轴荷载比例调整，使得车辆在行驶时的重心更加稳定，同时减小了车辆的滚动摆动。
前后轴重分配设计需要将引擎舱、乘员室等设备布置合理，实现前后轴重量分配的最佳状态，从而使车辆的接附点动刚度得到优化。
3、悬挂系统设计悬挂系统是车辆接收路面振动的关键部件，同时也是影响车辆接附点动刚度的重要因素。
在设计悬挂系统时，可以通过合理选择弹簧、避震器的硬度和减震器参数来优化车辆的接附点动刚度。
合理设计的悬挂系统可以使车辆在行驶时获得更好的稳定性。
4、结构优化设计通过优化白车身各组成部分的结构设计，有效地提高车辆的接附点动刚度。
例如，在车辆的底盘结构设计中，合理设计受力部位的加强筋和连接结构，可以有效地提高接附点动刚度。
另外，在车辆前后桥结构优化设计中，可以通过增加连接点的数量和降低连接点之间的距离等措施来提高接附点动刚度。
总之，白车身接附点动刚度是汽车制造中非常重要的一项指标，对于提高车辆的安全性能和使用寿命都有非常重要的意义。
通过合理运用以上设计方法，对白车身接附点动刚度进行优化设计，可以为汽车的制造企业提供更加优质的汽车产品，同时满足消费者不断提高的需求。
除了以上介绍的一些常见的白车身接附点动刚度优化设计方法，还有一些其他的设计方法可以帮助优化车辆的稳定性和运行平稳性。
车身主断面几何特性对白车身刚度影响的研究.
车身主断面几何特性对白车身刚度影响的研究白车身刚度是评价车辆设计可靠性和整车安全性能的重要指标，白车身扭转刚度和弯曲刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节。
作为白车身骨架的地板纵梁，侧围前、中、后柱，上边梁，门槛梁和顶盖前后横梁等构成一个个闭合型腔，支撑起整个车身。
白车身刚度主要由这些闭合型腔的断面即车身结构主断面的几何特性所决定。
因此，研究车身结构主断面几何特性对白车身刚度的影响，对于改进车身结构，改善车辆强度刚度状况，提高车辆安全性和可靠性具有重要的实际工程意义。
2 白车身有限元模型轿车白车身刚度分析有限元模型一般有两种：即板壳单元模型和组合单元模型。
本文采用了板壳单元模型，其优点是对车身的结构分析计算精确度高。
利用某参考样车白车身的几何模型，建立了白车身有限元模型。
根据白车身的结构形式，对模型进行了以下处理。
a.几何清理清除白车身几何模型中的细微特征，例如半径小于15mm的过渡圆角、高度小于2mm的凸台、直径小于10mm的孔等；b.单元质量控制高质量的网格是计算准确的基础，在建模过程中，对单元的尺寸、翘曲、长宽比、偏斜、单元最小内角和最大内角、雅克比等参数进行严格控制；三角形单元百分比控制三角形单元数量的百分比会直接影响计算结果的准确性，一般三角形单元控制在10%以内不会影响计算准确性，在建模过程中，需要严格控制白车身模型中三角形单元的比例，本文白车身模型中的三角形单元比例为7.2%；d.焊点模拟采用REB2方式建模时，严格控制REB2单元和网格垂直，进一步保证模型计算准确性。
整个白车身单元总数为186981个，节点总数为192208个，焊点总数为4070个。
白车身扭转刚度台架试验方法：将白车身放置在试验台架上，约束后悬架支撑固定点处的所有自由度，通过加力装置在前悬架支撑点处施加扭矩。
白车身弯曲刚度台架试验方法：将白车身放置在试验台架上，约束前、后悬架支撑固定点处的所有自由度，在车身纵向对称面、前后坐椅R点x坐标的中点处施加作用力。
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Stiffness analysis and lightweight design on car body
Wang Xiaofeng， Ｒen Kang （ College of Mechanical and Automobile Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009 ， China）
表2 部分设计变量和优化结果
原始尺寸 / mm 1． 6 1． 2 1 0． 8 1． 2 0． 8 1 1． 5 优化后尺寸 / mm 1． 686 0． 96 0． 8 0． 7 0． 989 0． 7 0． 801 1． 8 圆整后尺寸 / mm 1． 7 1 0． 8 0． 7 1 0． 7 0． 8 1． 8
曲挠度。
3
3． 1
刚度分析计算
扭转刚度分析
扭转刚度分析时， 约束后悬架固定座支撑点中心 的所有自由度， 在车身前悬架固定座支撑点中心处施
2014 年第 1 期
现代制造工程（ Modern Manufacturing Engineering）
3． 4
白车身刚度分析评价 评价车身的刚度好坏， 除了要看总体刚度值是否
编号 前风窗 1 前风窗 2 前左门 1 前左门 2 后左门 1 后左门 2 后背门 1 后背门 2
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林国语， 等： 基于粒子滤波的非线性设备状态估计
2014 年第 1 期
served Component Models： Theory and Applications ［M］ ． Cambridge： Cambridge University Press， 2004． ［ 6］ Doucet A， de Freitas JFG， Gordon NJ． An introduction to sequential monte carlo methods． Sequential Monte Carlo in Practice［ C］ ． New York： SpringerVerlag， 2001． ［ 7］ Doucet A， Godsill S， Andreu C． On Sequential Monte Carlo Sampling Methods for Bayesian Filtering［J］ ． Statistics and 2000 （ 10 ） ： 197 － 208． Computing， ［ 8］ Seong S H， Park H Y， Kim D H， et al． Development of fast running simulation methodology using neural networks for load follow operation［ J］ ． Nuclear Science and Engineering， 2002 （ 141 ） ： 66 － 77． ［ 9］ Andrieu C， Doucet A， Punskaya E． Sequential Monte Carlomethods for optimal filtering． Sequential Monte Carlo methC］ ． New York： SpringerVerlag， 2001． ods in practice［ ［ 10］ 申永军， 杨绍普， 刘献栋． 齿轮故障诊断中的信号处理技 J］ ． 机械传动， 2004 ， 28 （ 3 ） ： 1 － 5． 术研究与展望［
0
引言
件， 以及小的冲压筋等。 3 ） 对翻边简化。 对于两构件焊接后， 起加强结构 刚度作用的翻边给予保留。 如果是工艺上的要求， 则 ［23 ］ 。 可以忽略 由于车身主要是由钣金冲压件焊接而成 ， 因此， 采用壳单元 Quard4 和 Tria3 对各个钣金构件进行离散 化。各零 / 部件之间的焊接单元采用 CWELD 单元进 行模拟， 焊点直径为 6mm。 完成后的车身结构模型 6 839 个焊接单元， 其中三角形 共有484 530 个壳单元， 单元占单元总数的 5． 8% ， 白车身有限元模型见图 1 。 X 向为车身纵向， Y 向为车身横向， Z 向为垂 图 1 中， 。 直方向
图1 白车身有限元模型
王晓枫， 等： 轿车白车身刚度分析及轻量化设计研究
2014 年第 1 期
2
刚度分析理论
加大小相等方向相反的垂直方向的集中力 ， 扭矩 T = 2 000N·m。 对白车身刚度计算分析， 通过 Hyperview 软件提 B 的 位 移 S1 = － 1． 769mm、 取数据 得 到 加 载 点 A、 S2 = 1． 777mm， 加载点间距 L = 1 112． 24mm， 得到白车 身的扭转刚度 GJ 为： TL GJ = = 10 928． 96N·m / （ ʎ ） θ 由图 2 可得扭转角 θ 为： θ = arctan S1 + S2 = 0． 183ʎ L
图4 车身对应测点扭转工况时扭转角沿纵向分布曲线
∑F
δ zmax
（ 3）
3． 2
弯曲刚度分析
∑ F 为车身弯曲集中载荷； δ zmax 为纵梁最大弯
白车身弯曲刚度分析， 约束前、 后悬架固定座支 撑点的所有自由度， 在座椅固定处施加左右对称的向 下的载荷力 6 000N。在 Hyperview 软件中提取各分析 点垂直方向的位移， 得出车身纵梁最大弯曲挠度 δ zmax = 0． 527 4mm， 并绘制出车身底部垂直方向位移的分布 （ 即弯曲刚度） 曲线如图 5 所示。 由图 5 所示可看出， 车身纵向的分布曲线较为平滑， 说明车身整体结构刚 度分配较合理。 43
车身刚度是车身结构的基本特性之一， 在实际使 用过程中， 必须保证车身具有一定的刚度， 以保证其 在工作载荷下的变形量不超过允许的范围。 刚度不 足时， 会导致车身开口部分的变形变大， 开闭部分动 车身和安装部件之间、 部件和部件之间相互 作失灵， 干扰， 雨水和灰尘易侵入， 还会成为产生振动和噪声
Abstract ： The finite element model was established based on one home made car． The car stiffness characteristic was analysed by using Ｒadioss solver． Then calculated the BIW torsional rigidity and bending stiffness， and the reasonable the car body stiffness was got by making the curve of the torsional stiffness and bending stiffness and calculating the deformation of the body on main opening part． Then the body stiffness was improved and the car body was reduced by the 8． 2kg in mass after the body structure optimization． Key words： Body in White（ BIW） ； stiffness analysis； structure optimization
图6 表1
车身壳体的主要开口位置
设计变量 前纵梁外板 前纵梁外板加强板 前围板 中地板 中段中纵梁 顶盖 中柱加强板 中柱内板
扭转工况下开口对角线尺寸变形量
变形量 / mm 0． 751 － 0． 742 － 0． 399 0． 519 － 0． 362 0． 526 1． 832 － 1． 804
图2
轴间相对扭转角示意图
结构变形程度与结构上所受到的力及结构扭转 刚度有关。 车身结构扭转刚度 GJ 为单位扭转角所受 到的力矩， 即： θ = arctan GJ = TL θ S1 + S2 L （ 1） （ 2）
图3 分析点位置分布图
式中： T 为车身扭矩。 2． 2 弯曲刚度分析理论 白车身弯曲刚度可以看作是车身在垂直力作用 下的车身纵向张力， 是表示车身挠曲程度的量， 可以 用车身纵梁在垂直载荷作用下产生的挠度大小来描 述， 此时的弯曲刚度 EI 为： EI = 式中：
图5
弯曲刚度曲线
对白车身刚度计算分析， 得到白车身的弯曲刚度 EI 为： EI = 3． 3
∑F
δ zmax
=
6 000 = 11 376． 56N / mm 0． 527 4
白车身结构开口变形分析
轿车车身上的开口主要有车门、 车窗、 发动机舱 和行李舱等， 如图 6 所示。 开口变形是评价车身刚度 的另一个重要指标。车门、 前后车窗等部位的开口变形 过大会影响车身的密封性， 严重时会造成车门卡死、 玻 璃破碎、 漏雨、 渗水， 以及内饰脱落等， 也会导致开口部 位应力加大。为了避免这些问题， 必须校验开口部分的 变形。 衡量开口变形一般是在车身受到扭转载荷情况 ， 下 通过计算车身开口部分对角线的尺寸变形量实现 的。本文以前风窗、 前左门、 后左门和后背门的对角 线作为研究对象， 对角线的位置选取如图 6 所示。 扭 转工况下开口对角线尺寸变形量如表 1 所示。表 1 中 “+ ” ， “－ ” 表示伸长 表示缩短。
现代轿车车身大多数采用承载式结构， 承载式车 身几乎承载了轿车使用过程中产生的各种载荷。 而 轿车白车身的刚度特性反映了车身在整体上抵抗扭转 反映了整车车身的整体性能。因 和弯曲载荷的能力， 此， 对轿车白车身刚度进行分析有着十分重要的意义。 车身刚度不合理， 将直接影响轿车车身结构的可靠性、 NVH 性能以及燃油经济性等关键性指标［1］。 安全性、 本文采用有限元法对白车身的静态刚度性能 （ 弯 并对车身进一步轻 曲刚度和扭转刚度 ） 进行了分析， 。 量化进行了设计