基于刚度和模态灵敏度分析的轿车车身轻量化研究
８１
图６弯曲工况模型载荷与约束图
Ｆｉｇ．６
Ｔｈｅ
ｌｏａｄａｎｄｃｏｎｓ仃ａｉｎｔｍｏｄｅｌｏｆｂｏｄｙ
ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ
点的Ｚ向位移。
车身弯曲刚度和扭转刚度曲线均较平滑，没有不合理突变。参照国外同类车型的设计参考值［４１：车身扭转刚度为１３
０００
Ｎｍ／ｄｅｇ，车身弯曲刚度为
１２２００
Ｎ／ｍｍ。车身抗弯刚度高于国外同类车型的
一般设计参考值，符合要求，车身抗扭刚度值低于国外同类车型的一般设计参考值。车身的静态刚度有待提高，应进行进一步的结构优化来提高车身扭转刚度。
３车身结构灵敏度分析及轻量化
车身结构灵敏度分析是车身结构性能参数的变化对车身结构设计参数变化的敏感性【５】，是优化设计的重要一环，可成倍提高优化效率。通过灵敏度分析可以计算出结构响应值对于各设计变量的导数，以确定设计变化过程中对结构响应最敏感的部分，从而可以获得最关心的灵敏度系数和最佳的设计参数【６】。考虑到改型设计的实际操作性和由此带来的加工制造成本增加，因此这里仅以车身结构零
图７车身弯曲刚度曲线
Ｆｉｇ．７
Ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ
ｃｕｒｖｅ
ｏｆｔｈｅｃａｒ
ｂｏｄｙ
件厚度作为变量。
车身结构的性能参数对车身结构设计参数的灵敏度可定义为‘７１：
ｓｅｎｆ丝１－当
（１）
Ｌ五／０．Ｔｇｉ
式中甜为第ｆ个函数，这里主要是目标函数和刚度及
模态的约束函数；ｚ，为函数的第，个自变量，即第ｊ个零件的厚度。３．１灵敏度分析
灵敏度分析的约束函数，对于弯曲工况设为门槛下部Ｚ向最大位移量，对于扭转工况设为前悬架弹簧支座位置Ｚ向最大位移量，对于模态性能设为第一阶固有频率；设计变量设为车身板料厚度；目标函数设为车身重量最小。在有限元软件Ｎａｓｔｒａｎ中经过计算，求得该轿车车身各构件灵敏度，部分参数灵敏度值如表２所示。３．２轻量化优化
轻量化设计是以减轻车身结构的总质量为目的
表２车身各主要结构件的灵敏度数值
Ｔａｂ．２Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｍａｉｎ
ｐａｒｔｓ
２０１０年１２月噪声与振动控制第６期
的，因此目标函数选为车身总质量最小。
在以刚度和模态为约束条件的优化计算中，约束函数分别是约束门槛下部Ｚ向最大位移量和前悬架弹簧支座位置Ｚ向最大位移量，来确保车身结构的弯曲和扭转刚度满足要求，并约束１阶扭转模态和１阶弯曲模态的频率不低于原型车的相应频率值。
在确定优化变量的过程中，根据灵敏度分析的结果，选择对车身刚度和模态灵敏度小且对车身重量灵敏度大的设计变量，和对车身刚度和模态灵敏度大且对车身重量灵敏度小的设计变量作为优化设计的设计变量。为保证模具在可调范围之内，变量的数量要尽量少，且板件的厚度变化范围要适度，不要过大。部分设计变量有限元模型如图８所示。
图８部分设计变量有限元模型
Ｆｉｇ．８ＴｈｅｄｅｓｉｇｎＶａｒｉａｂｌｅｓｍｏｄａｌ
经过５次迭代计算，优化过程自动结束。由于优化时厚度是连续变化的，一些零件的板厚含有多位小数，并不能直接用于实际生产，需要根据企业已有的板材规格对优化后的零件厚度进行调整。在调整过程中，应当遵守以下原则：（１）对质量灵敏度大而对扭转和弯曲刚度的灵敏度小的板件，进行优化减重处理。（２）对质量灵敏度小，而对扭转刚度和弯曲刚度大的板件，进行增重处理。（表３列出了部分优化前和优化后厚度变化较大或虽然变化不大但尺寸较大的零部件）。
根据调整的数值对模型的厚度重新赋值后进行了刚度和模态分析，得到的扭转刚度为１３０５７Ｎ?ｍ／ｒａｄ，提高了４．４６％；弯曲刚度为１５６６２Ｎ／ｒａｍ，虽然有所降低，但仍高于国外同类车型的设计参考值，满足设计要求；车身第１阶扭转模态频率提高了３．０２Ｈｚ，第１阶弯曲模态提高了０．７Ｈｚ。此时，白车身的重量为３０５．５蛞，比优化前减小了１２蚝，约为３．６％。
表３部分构件厚度优化及调整结果
Ｔａｂ．３Ｒｅｓｕｌｔｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ
４结语
作者以车身结构的刚度和模态的有限元计算为基础，经灵敏度分析后，对车身结构部分零件的厚度进行优化计算，实现车身结构的轻量化设计。该轻量化方法不但保证不降低轻量化设计后的车身结构刚度和模态性能，而且减轻了车身重量。整个分析与优化过程，为后阶段的以碰撞、疲劳、ＮＶＨ性能为约束条件的优化提供了有价值的参考。
参考文献：
［１】ＢｅｎｅｄｙｋＪ．ＬｉｇｈｔＭｅｔａｌｉｎＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＬｉｇｈｔＭｅｔａｌＡｇｅ，２０００，５８（１０）：３４－３５．
【２】韩旭，等．基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究［Ｊ１－汽车工程，２００７，７：５４５．５４９．
【３】陈鑫，等．轿车车身静态刚度计算及静态竖直弯曲刚度有户设计［Ｊ】．汽车技术，２００４，１：１５．１７．
【４】陈鑫．轿车车身静刚度分析及结构优化研究【Ｄ】．长春：吉林大学硕士学位论文，２００２，１７４５．
［５】高云凯，杨欣，金哲峰．轿车车身刚度优化方法研究【Ｊ】．同济大学学报，２００５，８：１０９５．１０９７．
［６】陈国定，武力．轿车白车身结构的相对灵敏度分析叨．机械设计，２００７，４：２２．２３．
［７】王志亮，等．基于弯曲刚度和扭转刚度的白车身优化分
析［Ｊ】．机械科学与技术，２００８，８：１０２１－１０２４．
基于刚度和模态灵敏度分析的轿车车身轻量化研究
作者：段月磊， 毕传兴， DUAN Yue-lei， BI Chuan-xing
作者单位：合肥工业大学,噪声振动工程研究所,安徽省汽车NVH及可靠性重点实验室,合肥,230009刊名：
噪声与振动控制
英文刊名：NOISE AND VIBRATION CONTROL
年，卷(期)：2010,30(6)
参考文献(7条)
1.Benedyk J Light Metal in Automotive Applications 2000(10)
2.韩旭基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究[期刊论文]-汽车工程 2007(7)
3.王志亮基于弯曲刚度和扭转刚度的白车身优化分析[期刊论文]-机械科学与技术 2008(8)
4.陈国定;武力轿车白车身结构的相对灵敏度分析[期刊论文]-机械设计 2007(4)
5.高云凯;杨欣;金哲峰轿车车身刚度优化方法研究 2005
6.陈鑫轿车车身静刚度分析及结构优化研究 2002
7.陈鑫轿车车身静态刚度计算及静态竖直弯曲刚度有户设计 2004
本文链接：https://www.doczj.com/doc/9c15958225.html,/Periodical_zsyzdkz201006019.aspx
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 绪论 (3) 2 试验模态分析 (5) 2.1模态试验理论 (5) 2.2试验测试系统组成 (6) 3 模态参数识别方法 (7) 3.1模态参数识别主要方法 (7) 3.2最小二乘复频域法 (9) 3.2.1最小二乘复频域法简介 (9) 3.2.2系统模型的确定 (9) 4 白车身模态试验 (10) 4.1白车身参数 (10) 4.2试验结构的支撑方式 (10) 4.3传感器的选择及布置原则 (12) 4.4激励系统 (13) 4.4.1激励方式 (13) 4.4.2振动激励源的选择和比较 (14) 4.4.3设备传感器 (15) 4.5试验测试系统检验 (16) 5 试验测试结果及分析 (21) 5.1稳态图 (21) 5.2模态频率与阻尼比 (23) 5.3模态振型 (24) 5.4模态试验的有效性 (26) 6 有限元分析结果与试验结果对比 (30) 结论 (33) 谢辞 (34) 参考文献 (35)
白车身模态试验方法研究 摘要：本文的目的在于研究模态分析参数识别不同方法之间的优缺点，重点是PolyMAX法和时域分析法之间的对比，以研究通过何种方法才能获得精 确地实验数据。为此本文分别采用多参考最小二乘复频域（PolyMAX） 法和时域分析法对结构模态参数进行识别，得到白车身各阶的模态图、 模态频率和振型并采用模态置信判据法(MAC)验证试验结果，比较二者 之间的优缺点，从而发现PolyMAX能提供比时域法法更多的稳定极点 并且有一个清晰地图标，确保一个用户独立和简洁明了的解释，大量简 化了鉴别过程。为进一步验证PolyMAX法的准确性，将PolyMAX分析 结果与有限元分析相对比，发现两者具有相当高的一致性。因此，本文 认为在白车身模态试验中PolyMAX法是最佳的试验模态分析方法。 关键词：白车身模态试验分析方法MIMO PolyMAX 1
1、范围 本标准规定了乘用车弯曲刚度分析的要求； 本标准适用于本公司乘用车白车身弯曲刚度分析。 2、输入条件 2.1 BIW 几何模型 数据要求如下： 1）模型完整，数据无明显的穿透或干涉； 2）各个零件的厚度齐全； 3）几何焊点数据齐全； 4）各个零件的明细表完整齐全。 2.2 BIW有限元模型 1）各个零件网格模型完整，数据中无穿透； 2）焊点数据齐全； 3）各个零件厚度数据齐全； 4）各个零件材料数据齐全。 3、输出物 BIW刚度分析输出物为PDF文档格式的分析报告，正对不同车型统一命名为《XX车型BIW 刚度CAE分析报告》 4、分析方法 4.1 分析模型 分析模型包括BIW有限元模型，钣金件均采用壳单元模拟，点焊采用CWELD单元模拟，线焊和螺栓连接采用RBE2模拟，减震胶采用SOLID模拟。 4.2分析模型建立 建立有限元模型，应符合以下要求： 1）BIW网格质量符合求解器要求； 2）BIW材料须与明细表规定的明细表相对应； 3）BIW的厚度须与明细表规定的厚度相对应； 4）焊点几何坐标须与3D焊点坐标一致，焊点连接的层数须明确，点焊采用CWELD模拟，线焊和螺栓采用RBE2模拟，减震胶采用SOLID模拟。 4.3刚度分析 1）定义刚度分析约束条件 2）定义防毒分析求解工况 3）定义刚度分析载荷条件 4）求解器设置 4.4分析工况 约束条件：在前后悬架与车身连接处，约束XYZ移动自由度； 载荷条件：在前排左右座椅质心处各施加1000N的吹响李，后排座椅质心处施加2000N的垂向力。
5分析数据处理 5.1在车身纵梁下部和门槛梁下部分布了一系列考核点，通过考核点的X坐标值和Z向变形量绘制弯曲刚度曲线。 5.2绘制白车身弯曲刚度变形曲线 5.3刚度计算 刚度计算公式k=F/δ（F为加载力，δ为位移）。
文件编号： YJY·P ·0020·A1-2004 文件名称：白车身模态分析作业指导书 编制：日期： 审核：日期： 批准：日期：
发布日期：年月日实施日期：年月日 前言 为使本公司白车身模态分析规范化，参考国内外白车身模态分析的技术，结合本公司已经开发车型的经验，编制本分析作业指导书。意在对本公司分析人员在做白车身模态分析的过程中起指导作用，让不熟悉或者不太熟悉该分析的员工有所依据，提高工作效率和精度。本作业指导书将在本公司所有白车身模态分析中贯彻，并将在实践中进一步提高完善。 内容包括：前处理模型；分析软件的使用；工程载荷及求解的设置；分析结果后处理和评价标准等。 本标准于2004年9月起实施。 本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室提出。 本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室负责归口管理。 本标准主要起草人：谢颖、邓文彬
白车身模态分析流程 1、适用范围 任何车型的白车身。 2、分析的目标及意义 本分析旨在分析白车身的振动固有频率和振型，得到的数据可为车身结构设计和振动噪声分析提供参考。 3、前处理建模 3.1白车身模型（只包括焊接总成，不包括门、玻璃、内饰等螺栓紧固件），焊点用RBE2(6个自由度)模拟，焊点布置应符合实际情况，边界条件为自由。 3.2 网格大小和注意事项如下。 3.2.1建模标准（所有项均在HYPERMESH中检测）表1 在网格划分之前，一定要充分考虑该零件与其它零部件之间的连接关系。 3.2.2在hypermesh中注意事项： 3.2.2.1 单元网格总体要求：连续、均匀、美观，过渡平缓。
3.2.2.2 对于倒角，倒角两端点距离小于5mm时可删去（命令：geom\distance）。当倒角两端点距离大于5mm时，测一下倒角的弧长(命令：geom\length)，如弧长小于10mm时划分一个单元，大于10mm，划分两排单元，如难以满足单元长度要求，可将倒角的一边toggle掉。对于孔，半径小于5mm时可删去，同时删去小于5mm的凸台和沉孔。 3.2.2.3对于对称件，只划分一个件的网格，另一个件使用镜像方法生成。对于一个单个零件如果是左右对称的，可将它从中间切开，划分一半即可（使用splitbody命令），对于单个零件判断其是否是左右对称的，可将切开的另一半镜像过去（使用transform命令），渲染后看是否重合 3.2.2.4对于一些比较小的零部件（比如小螺栓）根据其位置和尺寸及对分析目标的重要性可不进行网格划分 3.2.2.5 B柱之前的零件网格尺寸控制在10-15mm，对于B柱之后ｃ柱之前的零件，可适当增大网格尺寸，定在15-20mm，ｃ柱之后20－35ｍｍ划分时可根据具体情况进行调整(如对一些连接处可划分细一些)； 3.2.2.6原则上存在焊点的翻边必须划分两排单元，识别焊边可察看各总成数模、或者是看参考车型以及去设计部门的相关负责人联系。在焊点的翻边上，如翻边长度小于10mm，在保证最小单元长度要求下，可适当将翻边加长。大于10mm 时，考虑划分两排单元，对不符合长度要求的单元进行必要的调整（如将翻边的边界toggle掉）。 原则上焊点位置由设计部门确定，在设计部门已提供焊点位置的情况下，采取以下操作步骤：1）在UG中检查焊点位置，若发现分布不合理的焊点，须与车身相关设计人员确认；2）将零件导入HYPERMESH，其中应包含该零件的焊点信息――点和圆圈线（导入前需确认在UG里已经将点、线、面分层）；3）将含圆线圈的COMP隐藏，只显示零件和焊点，然后用GEOM CLEANUP/FIXED POINTS/ADD命令将焊点变成零件面上的硬点；4）划分网格并按标准检查好单元质量后，文件先以HM格式进行保存（须包含所有点、线、面和单元），然后将网格输出成*.bdf文件，再将焊点和圆圈线输出成*.igs（该文件的命名方法：在bdf文件名前加w。如：bdf文件53-01.bdf，则igs文件w53-01.igs）；5）在PATRAN里装配时，将
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。
汽车模态分析 1 前言 模态是振动系统特性的一种表征，它构成了各种车身结构复杂振动的最基本的振动形态。为了在汽车使用中避免共振、降低噪声，需要知道结构振动的固有频率及其相应的振型。模态分析的最终目标是为了得到模态参数，为结构系统的动力特性分析、故障诊断和预报以及结构的动力特性的优化设计提供依据。 汽车在行驶过程中的激励一般分为路面激励、车轮不平衡激励、发动机激励、传动轴激励。路面激励一般由道路条件决定，目前在高速公路和一般城市较好路面上，此激励频率多出现在1-3Hz，一般对低频振动影响较大；因车轮不平衡引起的激励频率一般低于11Hz，随着现在轮辋制造质量及检测水平的提高，此激励分量较小，易于避免；发动机引起的激励频率一般在23Hz以上，此激励分量较大；城市中一般车速控制在50～80Km/h，高速公路上一般车速控制在 80～120 Km/h，传动轴的不平衡引起的振动的频率范围在40Hz以上，此激励分量较小。由这些外界激振源会引起车门产生共振，带来噪音，极大的降低了车辆的乘坐舒适性，造成扳件的抖动开裂，零部件的疲劳损坏，车门表面保护层的破坏，削弱车门的抗腐蚀能力等。 因此，为提高汽车产品的开发设计水平，达到优化设计的目标，需要对汽车车门进行模态分析，通过有限元计算来得到该结构在不同频率下的振型，避免因共振等原因引起的结构破坏。 2 车门有限元模型 2.1 几何特性 轿车车门一般由门外板、门内板、门窗框、门玻璃导槽、门铰链、门锁以及门窗附件等组成。内门板上有玻璃升降器、门锁附件等。内板由薄钢板冲压而成，其上分布有窝穴、空洞、加强筋，内板内侧焊有内板加强板。为了增强安全性，外板内侧一般通过防撞杆支撑架安装了防撞杆，窗框下装有加强板。内板与外板通过翻边、粘合、滚焊等方式结合。 2.2 有限元模型的建立 根据车门的几何模型划分网格，建立有限元模型如图1所示。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/9c15958225.html, 某商用车驾驶室白车身模态分析 作者：谢小平,韩旭,陈国栋,周长江 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2010年第05期 摘要:以某商用车驾驶室白车身为原型,利用模态分析方法对其动力学特征参数进行分析.在理论(正问题)和实验(反问题)两个互补的模态分析过程中,利用有限元模型进行理论模态分析,为实验模态分析的实施打下良好基础.分别采用最小二乘复指数法(LSCE)和最小二乘复频域法(LSCF)进行实验模态分析,得到各阶模态振型并对理论分析的结果进行修正.经过两种结果的比较和分析,最终得出准确的模态分析结果并对白车身原型提出改进意见.生产厂商依据改进意见进行工艺改进,通过用户实际使用证实了改进方案的有效性和正确性. 关键词: 商用车驾驶室;白车身;有限元;实验模态分析;LSCE;LSCF 中图分类号:TH113.1文献标识码:A Modal Analysis of Commercial Vehicle Cab’s Body-in-White XIE Xiao-ping+, HAN Xu, CHEN Guo-dong, ZHOU Chang-jiang (State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body, Faculty of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha, 410082) Abstract: The theory modal analysis (TMA, forward problem) and experimental modal analysis(EMA, inverse problem) methods are both used to analysis dynamics characteristic parameters of one commercial vehicle cab’s body-in-white. Finite element modal analysis is carried out to get mode shape and lay down well basis to experimental modal analysis in TMA process. In EMA process, LSCE(Least Squares Complex exponent method) and LSCF (Least Squares Complex Frequency Domain method) methods are used to get mode shape and modify TMA results. With comparison to all results, the accurate conclusion can be reached and improvement opinion is brought forward to the prototype. The improvement projection was proved to be effective by consumers’utilization after manufacturer put it into applications. Keywords: commercial vehicle cab’s bod y-in-white; finite element method; experimental modal analysis; LSCE; LSCF 车辆在行使的过程中常因路面不平,车速和运动方向的变化,车轮、发动机和传动系的振动激励,以及齿轮的冲击等各种外部和内部激励,极易引起整车和局部振动。当外界激振频率与系统固有频率接近时,将产生共振[1]。
Q/JLY J711 -2008 乘用车悬架安装点静刚度CAE分析规范 编制： 校对： 审核： 审定： 标准化： 批准： 浙江吉利汽车研究院有限公司
二〇〇八年九月
前言 为了给新车型开发提供设计依据，指导新车设计，评估新车结构性能，结合本企业实际情况，制定本标准。 本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。 本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司综合技术部负责起草。 本规范主要起草人：汤志鸿。 本规范于2008年9月15日发布并实施。
1 范围 本标准规定了乘用车悬架安装点静刚度CAE分析的软硬件设施、输入条件、输出物、分析方法、分析数据处理及分析报告。 本标准适用于乘用车悬架安装点静刚度CAE分析。 2 软硬件设施 乘用车悬架安装点静刚度CAE分析，主要包括以下设施： a)软件设施：主要用于求解的软件，采用MSC/NASTRAN； b)硬件设施：高性能计算机。 3 输入条件 3.1 白车身3D几何模型 乘用车悬架安装点静刚度CAE分析的白车身3D几何模型，数据要求如下： a)白车身各个零件的厚度或厚度线； b)白车身几何焊点数据； c)3D CAD数据中无明显的穿透或干涉； d)白车身各个零件的明细表。 3.2 白车身有限元模型 乘用车悬架安装点静刚度分析的输入条件主要指白车身的有限元模型，一个完整的白车身有限元模型中含内容如下： a)白车身各个零件的网格数据； b)白车身焊点数据； c)各个零件的材料数据； d)各个零件的厚度数据。 4 输出物 乘用车悬架安装点静刚度分析的输出物为PDF文档格式的分析报告，针对不同的车型统一命名为《车型悬架安装点静刚度分析报告》（“车型”用具体车型代号替代如：车型为GC-1，则分析报告命名为《GC-1悬架安装点静刚度分析报告》），报告内容的按7规定的内容编制。
汽车车身模态分析研究综述 北京信息科技大学研1202班姓名：曹国栋学号：2012020045 摘要：车身是汽车的关键总成。它的构造决定了整车的力学特性，对白车身进行模态分析不仅能考察车身结构的整体刚度特性，而且可以指导人们对车身结构进行优化以及响应分析。因此，研究车身模态分析具有重要的意义。本文综述了近几年国内外在车身模态分析领域内的研究，总结了研究理论和试验方法，并进行归纳。最后，对未来的研究工作提出了一些展望。 关键词：车身；模态分析；有限元模态；试验模态；结构优化 0 前言 随着计算机技术的发展和仿真技术、有限元分析技术的提高，计算机辅助设计和分析技术几乎涵盖了涉及汽车性能的所有方面，如刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等，各种计算机辅助设计软件为汽车设计提供了一个工具平台，极大地方便了汽车的设计。 车辆在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等。如果这些振源的激励频率接近于车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏。为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身结构的固有频率进行分析，通过结构设计避开各种振源的激励频率。 车身结构模态分析是新车型开发中有限元法应用的主要领域之一，是新产品开发中结构分析的主要内容。尤其是车身结构的低阶弹性模态，它不仅反映了汽车车身的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识汽车结构动态性能的一种有效的手段，在汽车车身动态性能研究中得到了广泛应用。采用有限元方法对白车身进行模态分析，识别出车身结构的模态参数，并通过模态试验验证了有限元模型的正确性，为改型设计提供参考依据，是汽车开发设计与优化的一般流程。 因此，研究车身结构模态分析，进行车身轻量化设计和优化，对于提高国产轿车的自开发与科技创新能力，具有重要的理论意义和工程实用价值。 1 车身模态分析的一般理论 1.1 模态分析基本理论 模态分析的经典定义即以模态矩阵作为变换矩阵，将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标进行坐标转换变到模态坐标上，从而使系统在原来坐标下的耦合方程变成一组互相独立的二阶常微分方程进而成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程[1]。 在实际的结构动力分析中，一般将连续结构离散化为一个具有n个有限自由
车体论文：CRH5动车组卧铺车体结构优化设计 【中文摘要】高速铁路是一个国家铁路运输现代化的重要标志。CRH5型高速动车组具有优良的高速运行品质,采用了轻量化高强度铝合金车体,大大减轻了车辆本身的质量,为动车组的高速运行创造了 条件。本文以CRH5型动车组的M2S车体为研究对象,对其进行了车体加高结构设计,并对加高后车体进行结构强度和刚度分析,模态分析 以及车体侧墙轻量化优化,为我国高速动车组车体的设计提供参考。本文主要完成以下几个方面的工作：1、CRH5型动车组的M2S车体进行结构加高设计；2、建立加高后的CRH5型动车组M2S车体的有限元模型；建模过程中对车体结构进行了适当的简化,并对焊接方式、附件质量进行了模拟处理。3、根据欧洲《EN12663》标准,对车体结构进行了10种主要组合工况下的强度分析,得出了应力和位移分布,并对结果进行了校核。最后总结了车体的应力分布情况和车体结构的设计特点；4、对加高后的车体结构进行了模态计算分析,得到整车空载状态和整备状态的前六阶振动频率和典型振型。空车状态和整备状态的一阶垂向弯曲频率均大于10Hz,满足规定要求；5、采用结构优化设计平台OptiStruct对加高车体的侧墙结构进行轻... 【英文摘要】High-speed railway is an important symbol of a national rail transport modernization. CRH5 high-speed EMU has excellent quality of high-speed operation;It uses a lightweight high strength aluminum alloy body, greatly
白车身模态分析与识别 Analysis and Identify of Body In White 刘红，朱凌，门永新 吉利汽车研究院，浙江杭州 310000 摘要：白车身的模态分析可以通过试验和CAE两种途径进行。试验虽然能相对真实地反应试验车辆 的性能，但周期长、成本高且干扰因素多。CAE仿真分析白车身模态可以有效避开这些问题。同时， 结合模态识别的4点和24点法，CAE仿真能更准确、便捷地了解白车身模态性能。尤其在车辆开发前期，能有效指导车身设计。 关键词：白车身，NVH，模态，试验，识别，HyperGraph Abstract: BIW’s mode can be obtained through testing and CAE. Although testing can relatively reflect the true performance of the vehicle, it is expensive in both cost and time, as well as other unpredictable factors. Meanwhile, CAE can easily avoid these problems, and can more accurately and conveniently to obtain the performance, combining with the 4-point and 24-point method for the modal identification. Especially in the early stage of the vehicle development, CAE method can effectively guide the design of body. Key words: BIW, NVH, mode, test, identify, HyperGraph 1 概述 白车身模态分析作为整车NVH分析的一个基础环节，对整车NVH性能管控起着关键的作用。模态分析能够反映出结构在低频范围内的振动问题，尤其对避开路面和发动机激励尤为重要。一般4缸机的怠速激励在25Hz左右，路面激励在20Hz以内，故白车身一阶模态应在40Hz左右才能使得TB 的一阶模态避开上述两种激励，而如何准确地识别出白车身一阶模态成为车身设计的关键问题。 解决上面的问题，目前可用模态测试或者模态识别（CAE的方法）来判断，本文从这两个方面研究了白车身模态分析方法。 2 模态测试方法 目前试验模态分析技术已经成为解决振动噪声以及疲劳强度等实际问题的一项最重要、应用最广泛的技术手段【1】。通过模态试验识别出的汽车白车身的结构动力学特性对于乘坐舒适性和结构可靠性起着决定性的作用，是汽车新产品开发中结构分析的主要内容，特别是车身的低阶弹性模态是控制其振动噪声的关键基础性指标之一【2】。 2.1 测试方法简述 模态测试是同时测量结构的输入和输出信号而得到结构的频响函数，即通过激励和响应，推知结构的特性【3】。可以根据试验条件选择单点或多点激励，常用的做法是采用两个激振器产生随机信号对车身进行激励，两个激振器分别置于车身左后纵梁处以+Z方向激励和发动机舱右悬置安装点纵梁的+Y 方向激励，在车身上布置加速度传感器以采集车身结构的响应，试验状态如图1所示。
北京科技大学 机械工程进展（论文） 题目：汽车车架的动力分析计算 （模态分析） 院别：机械工程学院 专业班级：机研106班 学生姓名： 学号： 导师： 评分： 2010年11月26日
轻型载货汽车车架模态分析 摘要：车架作为汽车的承载基体，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，承受着传递给它的各种力和力矩。所以对车架的结构十分重要。本文主要采用有限元方法对车架的进行模态分析，研究了车架结构与其固有频率及其振型的关系, 给出车架在一定约束下的固有频率及固有振型，为解决车架结构的动力学问题和结构的改进提供了一定的依据。 关键词：有限元方法；车架；固有频率；模态分析 1 引言 车架是一个弹性系统，在外界的时变激励作用下将产生振动。当外界激振频率与系统固有频率接近时，将产生共振。共振不仅使乘员感到很不舒适，还会带来噪声和部件的疲劳损坏，威胁到车架的使用寿命和车辆安全。 车架是一个多自由度的弹性系统。因此，它也有无限多的固有振型，而作用在车架上的激励来自于悬架系统、路面、发动机、传动系等的振动，这些振动对车架的激励可以认为是全频率的，但是，路面和悬架系统对车架结构激励的特点一样，每种激励在所有频率范围内并不是等能量分布的，所以，试图在所有频率上消除作用在车架上的激励，与车架结构的某些振型的共振是不可能。因此，只有将注意力集中在各激励的能量集中的频率上，使之与所关心的车架的某阶振型不发生共振。因而对车架进行模态分析以掌握车架对激振力的响应，从而对车架设计方案的动态特性进行评价，己经成为车架设计过程中必要的工作[1]。 2 模态分析理论基础 在有限元分析程序中，振动方程表示为： 1-1 该方程可作为特征值问题，对无阻尼情况，方程可简化为： 1-2 其中。ω2(固有频率的平方)表示特征值;{μ}表示特征向量，在振动的物理过程 中表示振型，指示各个位置在不同方向振动幅值之间的比例关系，它不随时间变化。对有阻尼情况，振动方程可转化为:
编号：QQ-PD-PK-066白车身弯曲刚度分析报告 项目名称：QQ458321486 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： XX汽车有限公司 2013年03月
目录 1分析目的 (1) 2使用软件说明 (1) 3有限元模型建立 (1) 4白车身弯曲刚度分析边界条件 (1) 5分析结果 (3) 6结论 (10)
1分析目的 车身是轿车的关键总成，除了保证外形美观以外，汽车设计工程师们更注重车身结构的设计。车身应有足够的刚度，刚度不足，会导致车身局部区域出现大的变形，从而影响了车的正常使用。低的刚度必然伴随有低的固有频率，易发生结构共振和声响。 本报告以QQ白车身为分析对象，利用有限元法，对其进行了弯曲刚度分析。 2使用软件说明 本次分析采用Hypermesh作前处理，Altair optistruct求解。HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器于一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。Altair Optistruct最强大的功能是其友好的CAO接口，通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。 3有限元模型建立 根据设计部门提供的白车身的工艺数模建立QQ的计算模型，对模型进行了有限元离散处理：白车身所有零部件都采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要；粘胶用实体单元模拟，焊点采用CWELD 和RBE2单元模拟。其中四边形单元469700个，三角形单元15543个，三角形单元比例3.4%。 QQ数模及有限元模型见下图： 图1QQ数模及有限元模型 4白车身弯曲刚度分析边界条件 对设计车QQ施加边界条件：在前悬架与车身连接处约束X、Y、Z移动自由度，三个子工况分别约束后悬架板簧前吊耳铰接处、两吊耳中间限位支架处、板簧后吊耳铰接处Y、Z移动自由度，与前悬架的约束组成整个白车身的约束；在每个子工况中，找到纵梁上位于前后约束X方向的中心位置，施加左右各4000N，共8000N的集中载荷。
振 动 与 冲 击 第20卷第2期 JOURNA L OF VI BRATION AND SHOCK V ol.20N o.22001 工程应用 车辆系统振动的理论模态分析 Ξ 陶泽光 李润方 林腾蛟 (重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044) 摘 要 将车体和转向架看成弹性体,采用有限元方法,建立用空间梁单元描述的具有50个自由度的车辆系统力 学模型,并以客车为例研究其垂向振动的固有特性,所得结果既反映系统动力学性能,又为动态响应计算和分析打下基础。 关键词:车辆动力学,模态分析,有限元法中图分类号:TH132.41 0 引 言 高速铁路运输以快速、节能、经济、安全和污染小 等优势,在与高速公路和航空等运输形式的竞争中迅速发展起来。列车运行速度的提高给机车车辆提出了许多新要求,带来了新的课题,如大的牵引动力、大的制动功率、剧烈的横向动力作用和更加明显的垂向越轨动力作用、复杂的高速气流、振动和噪声等。其中,振动和噪声是高速列车一个非常重要的问题,它既关系到高速列车运行的安全性,又关系到列车高速运行时的乘坐舒适度。 车辆系统是由车体、转向架构架、轮对,通过悬挂 元件联接起来的机械系统。通常,把车体及装载、转 向架构架及安装部件、轮对及装备视为刚体,作为刚体动力学系统,研究其动力特性[1,2],这方面的技术已比较成熟,有商品化的通用软件可供使用[3]。 本文将车体和转向架看成弹性体,采用有限元法,建立了用六自由度节点空间梁单元描述的车辆系统动力学模型,由于包括车辆的浮沉、点头垂向振动,车辆的横摆、侧滚和摇头横向振动的研究。在建立车辆系统离散化模型的基础上,计算车辆垂向振动的各阶固有频率和振型,为车辆系统的动态响应计算和分析打下基础 。 图1 车辆振动系统的有限元模型 1 车辆的动力学模型 将车辆振动系统简化为图1所示的分析模型,即 由车体、转向架和轮对通过弹簧与阻尼器连接起来的振动系统。其中,将车体和转向架看成空间弹性梁,每 Ξ西南交通大学牵引动力国家重点实验室开放课题基金资助项目 收稿日期:2000-10-10 修改稿收到日期:2000-11-20 第一作者 陶泽光 男,博士,副教授1963年12月生
南京工程学院 本科毕业设计（论文） 题目：基于ANSYS的车身结构强度及刚度 分析 专业：车辆工程（汽车技术） 班级：汽车技术091学号：215090105 学生姓名：周文军 指导教师：陈茹雯副教授 起迄日期：2013.2.25～2013.6.3 设计地点：车辆工程实验中心
Graduation Design (Thesis) Analysis on The Stiffness and Strength of Body Structure Based on ANSYS By ZHOU Wenjun Supervised by Associate Prof. CHEN Ruwen Nanjing Institute of Technology June, 2013
摘要 以有限元法为基础的车身结构分析已成为一种面向车身结构设计全过程的分析方法，车身结构设计的过程也随之成为一种设计与分析并行的过程。 车身作为车辆的重要组成部分，对整车的安全性、动力性、经济性、舒适性及操控性有着重要的影响。在设计车身时，应用有限元法对汽车车身骨架进行静、动态特性的分析，对其结构的强度和刚度进行评价，对于进一步了解车身结构的应力和变形情况，充分认识掌握车身结构分析方法，进而对整个车身结构设计进行优化，提高整车性能，缩短产品开发周期，降低开发成本，均具有重要的意义。 本课题是采用有限元分析法对2046车身骨架结构作适当简化，在ANSYS中建立其有限元模型，并按照实际载荷对车身进行了静力学分析，校验其强度和刚度，根据分析结果找出车身骨架结构的危险断面。同时对车身骨架进行动态分析，并提取前十阶模态，得到了车身固有频率及相应的振型。最后根据静、动态的分析结果，对车身结构提出改进意见。 关键词：车身；有限元法；静力分析；动态分析
1、适用范围 任何车型的白车身。 2、分析的目标及意义 本分析旨在分析白车身的振动固有频率和振型，得到的数据可为车身结构设计和振动噪声分析提供参考。 3、前处理建模 白车身模型（只包括焊接总成，不包括门、玻璃、内饰等螺栓紧固件），焊点用RBE2(6个自由度)模拟，焊点布置应符合实际情况，边界条件为自由。网格划分参考网格划分标准。下图为某白车身有限元模型。 4、分析软件的使用 3D工程软件：UG（用于几何面修改和建立，并传送到分析软件） 有限元分析软件：HYPERMESH，PATRAN（用于前、后处理）；NASTRAN（用于求解结果） 5、分析结果后处理及评价标准 通过模态分析求得除刚体模态外的200Hz以下的模态振型。以目标车的实验和分析结果为目标，主要的几阶整体弯扭模态频率应高于或至少等于目标车相对应的模态频率。 结构的动态响应由外界激励频率和结构本身的固有频率和相应振型决定。在结构设计时，应考虑这些因素。第一，尽量提高结构的刚度，以提高前几阶固有频率；第二，结构固有频率应尽量错开载荷激振频率2Hz以上。
微型车的激励一般最主要为路面激励、车轮不平衡激励、发动机的怠速激励。路面激励一般由道路条件决定，目前高速公路和一般城市较好路面上，此激励力频率多在1-2Hz。车轮不平衡激振频率取决于汽车的行驶车速。发动机的怠速激振频率取决于怠速转速和汽缸数。 6、成果提交形式 以报告的形式提交。 7、分析注意事项 7.1 首次递交NASTRAN求解前，须先检查确认不能有重复单元、自由 节点及未赋属性的单元，且MPC连接关系正确。 7.2 首次计算完毕后，导入结果文件检查分析结果，看是否漏焊点， 若漏焊处较多，则在结果中可能出现前六阶模态有非零值（前六阶应该为刚体模态，频率值接近零）；如无漏焊，则除去前六阶刚体模态，看剩下的结果。 附图（某白车身模态分析除去刚体模态的前两阶振型）： 第7阶振型云图第8阶振型云图
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
铝合金地铁车体静强度和模态分析 以某城轨铝合金地铁为研究对象，根据铝合金地铁车体结构特点，简化该车体几何模型，建立相应的有限元模型。基于车体静强度计算标准，确定9种车体结构静强度的計算工况，在这些计算工况作用下，计算车体结构的静强度。计算在最大垂直载荷作用下车体结构刚度，以及车体结构模态与整备状态下车体结构模态。计算结果表明该铝合金地铁车体结构的刚度、静强度和模态均满足车体结构设计要求。 标签：铝合金车体；有限元；静强度；模态 0 引言 随着城市的快速发展，地铁作为各大城市的重要交通工具之一，研发水平在不断地提高，在车体新材料和新工艺方面的研究也越来越多。铝合金材料以密度小、密封性好和易于挤压成型等优点，越来越广泛地应用于铝合金地铁车体。为确保车辆在工作状态下安全可靠，车体结构必须要有足够的刚度和强度，满足相关的技术标准。目前车体结构的强度计算分析主要采用有限元法，为其结构改进和优化提供依据。 1 车体结构与有限元模型 本文以某城轨铝合金地铁中间车为研究对象，车体采用全长的大型中空铝合金挤压型材组焊成筒型整体承载结构，主体结构由底架、车顶、侧墙和端墙焊接而成。底架采用无中梁结构，主要有牵引梁、枕梁、边梁、横梁和地板组成。车顶由5块3种挤压模块用纵向焊缝拼焊、空调安装平台和受电弓安装平台等组成。侧墙由4种挤压模块用纵向焊缝拼焊和门立柱等组成。端墙由端角柱、门口立柱、墙板、侧顶弯梁和横梁拼焊而成。该铝合金地铁车体的长度、高度和最大宽度分别为22880mm、2725mm和3000mm。 在分析了铝合金车体的结构特点和材料的力学性能的基础上，采用HYPERWORKS有限元软件进行计算。采用SHELL单元离散车体结构，车体模型包括196万个单元和176万个节点。 2 计算工况和评定标准 依据《BS EN12663：2010 铁道应用-轨道车身的结构要求》，确定车体静强度计算工况。此次分析主要包括9个计算工况：（1）计算工况1：空载工况；（2）计算工况2：最大运转载荷工况；（3）计算工况3：空载压缩工况；（4）计算工况4：空载拉伸工况；（5）计算工况5：超员压缩工况；（6）计算工况6：超员拉伸工况；（7）计算工况7：两端抬车工况；（8）计算工况8：一端抬车工况；（9）计算工况9：三点支撑工况。同时计算车体结构模态和整备状态下车体结构模态。
Q/JLY J711 -2008 乘用车白车身刚度CAE分析规范 编制： 校对： 审核： 审定： 标准化： 批准： 浙江吉利汽车研究院有限公司
二〇〇八年八月
前言 为了给新车型开发提供设计依据，指导新车设计，评估新车结构性能，结合本企业实际情况，制定本标准。 本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。 本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司工程分析部负责起草。 本规范主要起草人：汤志鸿。 本规范于2008年8月15日发布并实施。
1 范围 本标准规定了乘用车白车身刚度CAE分析的软件设施、硬件设施、时间需求、输入条件、输出物、分析方法、分析数据处理及分析报告。 本标准适用于乘用车白车身的刚度CAE分析。 2 软件设施 乘用车白车身刚度CAE分析，软件设施包括以下内容： a)前处理软件，主要用于有限元网格建模的软件，采用ALTAIR/HYPERMESH； b)后处理软件，主要用于分析结果查看的软件，采用ALTAIR/HYPERVIEW； c)求解器软件，主要用于求解的软件，采用MSC/NASTRAN。 3 硬件设施 乘用车白车身刚度CAE分析，硬件设施包括以下内容： a)前、后处理计算机硬件：HP或Dell工作站； b)求解计算机硬件：HP或Dell工作站。 4 时间需求 4.1 前处理时间 a)无白车身有限元模型，完成有限元建模，一般需要25～30工作日/10人； b)存在完整正确的白车身模型，模型前处理一般需要0.5～1工作日/1人。 4.2 求解时间 计算过程中无错误中断，在高配置计算机如DELL或HP工作站上求解时间大约为2～3小时/次，通常模型调整需要计算3次以上。 4.3 后处理时间 后处理时间包括刚度曲线的绘制，刚度值的计算，分析报告的编写等，一般需要1个工作日/1人。 4.4 总时间计算 完成一个白车身的刚度CAE分析需要的时间如下： a)无白车身有限元模型，完成白车身刚度CAE分析，需要28～33工作日/11人； b)存在完整正确的白车身模型，完成白车身刚度CAE分析，需要2～3工作日/1人。 5 输入条件