白车身静刚度分析的目的及优化方法
轿车白车身扭转静刚度试验平台约束方案设计与开发
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实
验
技
术
与
管
理
第 ２ ９卷
第 １ 期
２１ ０ ２年 １月
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Ｖｏ ． ９ Ｎｏ １ Ｊ ｎ ２ １ １２ ． ａ ． ０ ２
轿 车 白车身扭转静 刚度试验平 台约束方案设计 与开发
邓 承 浩 ，范 子 杰 ，桂 良进
（ 华 大 学 汽 车 节 能 与安 全 国 家重 点 实验 室 ， 京 １ ０ ８ ） 清 北 ０ ０ ４
摘 要 ： 了确 保 轿 车 满 足 安 全 性 和 舒 适性 方 面 的要 求 ， 车 型研 发 期 需 要 对 白车 身 扭 转 静 刚 度 进 行 测 试 。 为 在 测 试 白车 身 扭转 静 刚 度 时 ， 首 先 约 束 白车 身 ， 模 拟 真 实 驾 驶 环 境 施 加 外 载 荷 。约 束 方 案 的 选 择 非 常 重 应 再 要 ， 保 证 在 对 白车 身 施 加 外 载 荷 时 ， 束 装 置 不 会 对 白 车 身 的变 形 造 成 影 响 。通 过 分 析 理 论 约 束 模 型 ， 应 约 提
机械系统的静态与动态刚度分析
机械系统的静态与动态刚度分析在机械设计领域中，静态与动态刚度分析是非常重要的工作，它可以帮助工程师评估机械系统在不同工况下的刚度表现并进行优化。
本文将简要介绍机械系统的静态与动态刚度分析的概念、方法和应用。
1. 静态刚度分析静态刚度分析是指机械系统在静止工况下，受到外力作用时的刚度表现。
在进行静态刚度分析时，需要考虑系统的刚性、弹性和弯曲等因素。
一般情况下，静态刚度可以通过计算机辅助设计（CAD）软件进行仿真，或者通过实验测试得到。
静态刚度分析有助于工程师进行结构优化。
通过分析机械系统的刚度，可以确定系统的强度和刚性是否满足设计要求，以及是否存在应力过大或变形过大的问题。
如果系统刚度不足，可能会导致机械设备在工作过程中出现振动、共振或破坏等问题，从而影响系统的性能和寿命。
2. 动态刚度分析动态刚度分析是指机械系统在运动工况下，受到外力作用时的刚度表现。
与静态刚度分析相比，动态刚度分析需要考虑机械系统的惯量、阻尼以及自振频率等因素。
动态刚度分析可以帮助工程师评估机械系统的振动特性。
通过分析系统的自振频率和振动模态，可以确定可能出现的共振现象，并采取相应的措施进行避免或抑制。
此外，动态刚度分析还可以用于预测机械系统在工作过程中的振动幅值和共振频率，从而提前评估并解决振动相关的问题。
3. 刚度优化在机械系统设计中，静态与动态刚度分析可用于刚度优化。
刚度优化旨在提高机械系统的刚度，以满足设计要求并改善系统的性能。
优化方法一般包括结构改造、材料选择和加工工艺优化等。
在进行刚度优化时，需要权衡刚性和重量之间的关系。
增加结构刚度通常需要增加材料的厚度、强度或数量，从而增加系统的重量。
因此，刚度优化需要综合考虑机械系统的性能要求和重量限制，并进行合理的权衡。
4. 应用实例静态与动态刚度分析在实际应用中具有广泛的应用。
例如，汽车工程师可以使用刚度分析来评估汽车底盘的刚度表现，在遇到减震问题时进行改进。
此外，航空航天工程师可以使用刚度分析来评估飞机结构在起飞、飞行和降落等工况下的刚度表现，确保飞机的结构稳定性和安全性。
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
参数化白车身结构轻量化多目标优化
参数化白车身结构轻量化多目标优化作者：王传青董传林马亮来源：《计算机辅助工程》2018年第01期摘要：利用SFE Concept建立某轿车白车身的参数化模型，采用有限元法对白车身的静态弯曲和扭转刚度、主要低阶模态进行分析，并将仿真结果与试验结果进行对比。
将参数化白车身与动力总成、底盘、闭合件连接后，仿真分析整车正面100%碰撞安全性能并验证有限元模型的有效性。
提出通过相对灵敏度分析确定白车身非安全件设计变量的方法，采用最优拉丁超立方方法生成样本点，基于径向基神经网络方法拟合近似模型，以白车身非安全件和正碰安全件为轻量化对象，通过第二代非劣排序遗传算法对白车身进行多目标优化设计。
结果表明：在白车身静态弯曲刚度降低3.60%、静态扭转刚度降低3.91%、一阶弯曲模态固有频率降低0.09%、一阶扭转模态固有频率上升1.26%、正碰安全性能基本不变的情况下，白车身质量减少24.17 kg，减重7.42%，轻量化效果显著。
关键词：轿车；参数化；白车身；轻量化；多目标优化；灵敏度中图分类号：U463.1；TP31文献标志码：B文章编号：1006-0871（2018）01-0015-07Abstract： The parametric model of passenger car body-in-white is built by SFE Concept. The static bend and torsion stiff， and the main modality of body-in-white are analyzed. The simulation result is compared with the test result. The body-in-white is connected with power assembly， chassis and closure members. The carload safety performance of 100% frontal impact is simulated and analyzed. The effectiveness of the finite element model is validated. A new method is presented， and the design variables of body-in-white unsafe parts are confirmed using relative sensitivity analysis. The sample points are generated using the optimal Latin hypercube method. The approximation model is fitted based on radial basis neural network method. The multi objective optimization design on body-in-white is carried out using NSGA-Ⅱ algorithm. The results show that the mass of body-in-white is reduced 24.17 kg（7.42%） on the conditions that the bend stiff is reduced by 3.60%， the torsion stiff is reduced by 3.91%， the bend modal frequency is reduced by 0.09%， the torsion modal frequency is increased by 1.26%， and the front impact performance is not changed obviously. The lightweight efficiency is significant.Key words： passenger car； parameterization； body-in-white； lightweight； multi objective optimization； sensitivity0 引言车身质量约占汽车总质量的30%～40%，在空载情况下，70%的油耗浪费在车辆自身质量上。
轿车车身静态扭转刚度及弯曲刚度试验与计算
智能制造数码世界 P.270轿车车身静态扭转刚度及弯曲刚度试验与计算孙宇 泰州劲松股份有限公司摘要：小轿车是当前家庭日常生活中重要的交通工具之一，本文以轿车为探究载体，重点阐述白车身的“静态扭转刚度和白车身弯曲刚度”两个角度的测量、实验与计算，旨在抛砖引玉，期望给同仁在轿车设计过程中提供一定的参考价值与帮助。
关键词：扭转刚度 弯曲刚度 实验 计算1、前言刚度是指汽车车身恢复原形的弹性变形能力，是汽车车身设计的重要指标之一，刚性强度好的汽车，在行驶过程中普通的外力产生的形变程度很小，相反，在不平路面上行驶的汽车发出嘎吱嘎吱的响声，说明这类汽车的刚度较差。
白车身刚度主要用于车辆设计可靠性和整车安全性能的评价，汽车整车开发与设计过程中，必须对白车身扭转刚度和弯曲刚度进行合理分析；汽车的整个车身是靠“闭合型腔”支撑，车身结构主端面的几何性质决定着白车身刚度，实践表明，静态刚度试验中能够暴露汽车白车身设计的问题隐患，有助于白车身设计的改进。
车身刚度包含静态刚度和动态刚度两种，弯曲刚度、扭转刚度、开口变形是衡量车身静态刚度的三种指标；车身前后的变形量用于衡量弯曲刚度，前后风窗洞口和侧门的对角线变化量、车身锁位及车身扭转角等用于衡量扭转刚度，车身受到扭转载荷后车身开口部分对角线的变化量用于衡量开口变形。
2、白车身的扭转刚度的测量扭转刚度主要表现于行驶于不平路面上当汽车车轮不同时碰撞到障碍物时，车身上作用有非对称垂直载荷，结构处于扭转工况。
此时车身所受左右垂直载荷不等，将使其产生扭转变形。
当今时代的乘坐用汽车，对静态抗扭刚度一般要求达到4,000 ~ 9,000 Nm/deg范围内，高性能车要求更高的数值，一般在内15,000–30,000 N m/deg。
这就意味着在驾乘中纵使是驶过复杂路面也不会产生令人不快的动态反应，如车身下沉和侧倾等。
极限扭转工况是车身骨架的开口变形最为剧烈的一种情况。
门是乘客上下的地方，其开口变形的大小决定了紧急情况下中门能否开启，对紧急情况下的逃生有着重要的意义。
车身结构分析及轻量化优化设计
江苏大学硕士学位论文车身结构分析及轻量化优化设计姓名：孙军申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：朱茂桃;陈上华20040601江苏大学工程硕士学位论文图２．３计算对象的实物照片２．２．１模型的简化以某军车作为研究对象，其外形如图２．３所示。
该车是—种采用焊接、铆接以及螺栓连接等方式建立起来的空间板壳结构。
在建立有限元模型前，用Ｐｒｏ／Ｅ建立军车的初步实体模型。
参考文献及以前的工作经验，确定模型的简化原则如下；①略去功能件和非承载构件嗍。
②将连接部位作用很小的圆弧过渡简化为直角过渡。
③在不影响整体结构的前提下，对截面形状作一定的简化。
④对于一些结构上的孔、台肩、凹槽、翻边在截面形状特性等效的基础上尽量简化，对截面特性影响不大的特征予以忽略。
【１１１【１２１［１３】⑤对于车身各大片间的连接部位，采用耦合约束。
按照简化原则，运用Ｐｒｏ／Ｅ得到整车实体模型，将其输出为ＩＧＥＳ文件，运用ＡＮＳＹＳ输入命令，转换为ＤＢ文件。
所建立整车实体简化模型如图２Ａ所示：８江苏大学工程硕士学位论文图２．４研究对象实体模型２．２．２模型离散化图２．５整车离散化模型２．２．３整车模型工况选取和边界条件的处理２．２．３．１模型工况的选取及约束处理汽车车身通过前、后桥支撑在地面上，地面的反作用力通过悬架传给车体。
车身骨架与车架刚性相连，而车架通过悬架系统与车桥相连。
因此不同的悬架系统对车架以及车身骨架的强度和刚度的影响较大。
若忽略悬架的约束作用，采用简单的两点支承方式，显然不符合实际情况：同时，若不考虑悬架的结构形式如何，仅用螺旋弹簧来模拟钢板弹簧悬架，也与实际结构不符，因为钢板弹簧除了作为弹性元件外，还起到导向作用，因此在各个方向上均９江苏大学工程硕士学位论文３．２整车有限元计算结果分析㈣嘲嘲１圈嘲剀嘲３．２．１整车强度分析１．弯曲工况下的强度分析在满载，弯曲工况下，得到整车的应力分布，从应力分布彩图中可以知道，车身骨架以及车身蒙皮上的应力都比较小，最大应力为６０．ＩＭＰａ，位于钢板弹簧后吊耳与车架相连接的位置。
大客车车身结构强度及刚度分析
xx彩霞xx近年来，随着城市公共交通的不断发展，在经济发达、城市化水平高的大型及特大型城市对大型城市公交客车提出了更高的要求。
对于国内的大客车而言，道路行驶条件较为严峻，通常为B级或C级路面。
客车在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时，整个车身骨架会产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。
因大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构成的空间高次超静定结构。
各杆件结构形状各异，而且杆件之间的连接也是多种多样，骨架受力情况比较复杂，难以用经典的理论方法进行研究。
本文运用有限元方法和电测量技术对某白车身结构进行了研究，并对构件的形状、布置以及板材厚度等影响进行了分析，通过反复模拟计算，设计出满足车身刚度和强度等性能要求的轻量化结构。
1模型的建立1.1车身骨架模型(1)整体坐标系的建立，以通过前轴中心线的垂直平面与客车纵向对称面的交线与车架上平面的交点为坐标原点；以客车前进的反方向为X轴的正方向；以从原点垂直向上的直线为Z轴的正方向；由右手定则确定Y轴。
(2)本文应用ANSY&S序及车身结构模型化方面成功的经验，选取某半承载框架式结构的大客车为研究对象，该车整个骨架由矩形钢管以及钢板冲压件通过焊接而成。
建立模型时取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元计算模型的节点。
根据模型的简化原则，样车车身骨架被划分为1281个长度不等，截面形状各异的单元和783个节点，见图1。
1.2车身有限元计算时载荷的处理(1)对于车身骨架的白重，在软件前处理程序中输入骨架材料密度和重力加速度，程序便根据所输入的单元截面形状、实常数白动将单元载荷因子的信息计入总载荷，进行计算。
(2)对乘客和座椅质量分别在相应受力点上施力。
对于车窗玻璃质量，考虑窗框质量，取系数k=1.2,以均布载荷的形式加到车身骨架腰梁的相应单元(构件)上。
对于底盘各总成质量，以静力等效的原则按实际位置以集中载荷施加。
(3)车架的两根纵梁均为开口薄壁结构，截面形心和弯曲中心不相重合。
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。
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白车身静刚度分析的目的及优化方法
一、白车身静刚度分析的目的
车身刚度主要分为整体刚度和局部刚度，而车身刚度设计是车身NVH 性能的保证基础。
车身弯曲及扭转刚度与整车动力学性能、整车NVH 性能、疲劳耐久和操纵稳定性等密切相关。
一般来说，通过合理的整车模态匹配和车身刚度设计，特别是车身结构的整体和局部刚度设计，可以为控制和优化整车振动水平和操稳性能提供保障。
二、白车身刚度与NVH 的关系
1、一般来说，车身刚度越高， NVH 性能会越好；
2、随着时代的发展，车身的刚度越来越高；
3、高刚度和轻量化指标成为车身开发中日益发展的趋势。
三、白车身刚度的目标制定方法
1、白车身弯曲刚度目标制定
根据振动力学，我们知道均匀梁的频率可以用如下公式表述，而整车可假设为均匀梁，如图1所示。
图1 均匀梁弯曲刚度简化模型 整体车身刚度 局部车身刚度 弯曲刚度 扭转刚度
2、白车身扭转刚度目标制定
当车身转向时，车辆会发生侧倾，这种侧倾会导致质量从一侧转移至另一侧，并会影响车辆的转向特性。
在设计悬架时，车身假设为刚体，而悬架参数是基于此假设设计的，所以我们希望车身的扭转刚度要求足够高，以符合车身刚体假设是正确的，上述假设的正确性，可以通过使车身扭转刚度高于悬架刚度的很多倍来实现。
即车身扭转刚度主要是基于操稳确定。
图2 汽车操稳侧倾模型
图3 悬架侧倾刚度模型
图4 修正后的悬架侧倾刚度
四、白车身刚度的常用分析方法
通过查阅相关文献及资料，白车身的弯曲及扭转刚度计算方法较多，每个车企不尽相同，对刚度结果的读取及评判也有不同的方法和参考。
五、白车身弯曲及扭转刚度优化方法
在白车身弯曲和扭转刚度分析过程中，大部分都需要优化，以达到预期的目标或参考值。
白车身弯扭刚度提升方法比较多，如接头法、截面法、对标法、应变能法、灵敏度法等。
在实际工程中灵敏度法、应变能法应用相对较多，而且效果非常明显。