白车身模态分析流程、建模指导书及标准

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。

车身工程中心编制人：新严重度新频度新探测度新风险顺序数1零部件无法安装1车身数据未符合边界要求5按《白车身孔位描述书》和《零部件边界条件确认表》进行数据检查152车身无法焊装、车身运动干涉、车身异响、用户抱怨1三维数据检查未全面检查、运动校核未考虑实车精度、相关零部件未考虑到位5按《白车身自相关检查表》和《车身运动件运动校核检查表》进行数据校核6303整车外观效果差，无法满足客户需求，影响销售4设计间隙、面差不合理；装调不到位；公差分配不合理；定位方式设置不合理6参照相关车型合理设置DTS定义值，合理设置公差，合理设置定位方式6144数模校核，定位方案确定车身4增加模具费用，增加整车成本，影响利润1设计结构时未考虑后期开发车型的共用性5编制车身开发模块化说明，预先设计拓展车型结构方案6305零部件冲压起皱，翻边开裂，尖角争料，产品结构弱，易变形，尖角拉延破裂冲压负角，件拉延开裂，模具上修边刃口强度不足，影响车身性能5冲压SE分析未到位，钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构6120SE分析车身/制造6车身焊接操作性差，工人抱怨、生产率低，焊接效果差，影响车身性能5焊装SE分析未到位，钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构，合理布置焊点位置及层次2407车身电泳底漆厚度不均匀、部分区域未充分覆盖底漆、车身锈蚀、影响整车寿命5涂装SE分析未到位，钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构，保证涂装效果2408总装件无法安装；车身总装操作性差，工人抱怨、生产率低；零部件维修操作性差5总装SE分析未到位未分析可维修性4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改，合理设计钣金结构，合理考虑安装操作空间，进行安装虚拟验证2409影响用户乘车舒适性，影响内部载货空间，用户抱怨3未合理设计钣金结构，钣金侵占内部空间6进行CAE分析，在保证车身性能、安装结构的前提下尽量增大内部空间，可对比标杆设计7126初期确定目标值，后期按照执行，尽量加大内部空间车身/整车10影响用户乘车舒适性，影响内部装卸货方便性，用户抱怨3未合理设计钣金结构，未按人机要求设计6按人机要求设计数据，在保证车身性能、安装结构的前提下尽量改善，可对比标杆设计6108方案阶段确定各相关尺寸，保证后期数据满足要求。

某SUV白车身模态分析及优化设计文章介绍了某SUV车型的白车身模态分析，并针对计算结果对车身结构和布局进行优化，使整车刚度趋于合理。

优化结果显示：优化后结构、刚度更加合理，并且一阶扭转提高了4HZ，车身重量减少1.5KG。

标签：模态分析；结构优化；有限元分析前言现代汽车设计领域，有限元分析得到了广泛的运用。

车身作为汽车的关键总成，其力学特征对整车的动力学特征起关键作用。

车身模态分析则关系到整车刚度、常规震动和车身减重。

实践证明对白车身结构进行有限元分析可以提前发现、避免相关的设计缺陷，及时整改、优化设计。

从而缩短开发周期，节约试验费用。

文章通过对白车身的模态分析对设计进行结构优化，使得车身结构局部模态和整体刚度特征满足模态规划要求。

1 有限元模型有限元分析基本是利用一组离散化单元组集代替连续体机构进行分析，这种单元组集体称结构力学模型。

车身模型建立原则为能反映车身主要力学结构特征和边界约束条件，其次可考虑在保证正确性的基础上对模型进行适当的简化。

模型建立过程需考虑：模型的简化、网络划分、材料属性确定、单元选择及模型的连接与装配。

为此对模型建立进行了如下处理：1.1 模型建立采用了基准尺寸为10mm的QUASD4划分SHELL单元，局部采用了大于3mm的小尺寸划分，在非关键区域几何过度区少量采用了TRIA3单元。

TRIA3单元占总数的比率小于5%。

1.2 孔径6mm～10mm，用方孔代替；孔径大于10mm，保留孔，孔周围两圈偶数个单元，其他非重要小孔可忽略。

1.3 翻边至少要划分两排网格，圆角大于3mm可以保留，螺栓用RIGID或梁连接。

1.4 焊点采用CWELD/ACM单元，方向同连接壳单元法向量平行。

焊缝则采用CQUAD4和CTRIA3模拟，对不考察局部应力的情况下，有选择性采用节点重合，并保证网络的几何匹配。

根据车身提供的数字模型，最终白车身带玻璃有限元模型单元547，219，节点569，580个，见图1。

目录一、目的 (1)二、白车身分解准备工作 (1)2.1 白车身分解前的准备工作 (1)2.2 人员分工 (2)三、拆解详细方案 (2)一、目的为保证白车身拆车工作有序、按计划进行，增加设计人员对白车身零部件参数与结构的理解，为后期的白车身的设计、建模和工艺分析提供一定的指导作用，特制定本分解及测量方案。

二、白车身分解准备工作为保证参考样车白车身零部件的完整性和零部件管理的条理化，在拆车前必须作好如下的准备工作。

2.1 白车身分解前的准备工作●拆车前各子项目与总成负责人都应充分了解各系统零部件的整体情况，根据拆车计划制定出合适的拆车流程。

●拆车场地准备：具有良好保密的、合适大小的拆车空间。

●拆车工具：举升机、力矩扳手、照相机、电钻、磨光机、榔头，拆车空白明细表、标签、称重仪器、密封塑料袋等（见白车身拆解详细方案）。

●零部件存放：仓库管理人员根据样车情况，做出足够、合理的零部件仓库空间，并根据样车零部件情况，准备足够、合理的存放器具。

完成后通知拆车负责人，由拆车负责人确认是否具备样车零部件存放条件。

●拆车人员安排：拆车人员由各项目组相关工作人员、客户项目组相关工作人员和拆车技术工人组成。

拆车技术工人应是具有多年汽车拆装及维修经验的四级以上技工。

●其它事宜：由项目组拆车现场负责人按拆车方案内容安排。

拆车过程中各子项目有关人员各负其责，仔细作好各项拆车记录，并及时作好拆卸下的零部件的入库工作。

每天拆车完毕后及时整理、编制《Benchmark记录表》、《样车零部件登记表》和《拆车工艺描述表》并汇总到总布置。

●拆解原则：使变形量尽可能小，拆解到能看清楚所有零部件即可。

2.2 人员分工●拆车现场总负责人：●职责：负责现场总指挥、总协调、监督及检查样车零部件入库管理，拆车记录文件的汇总和检查。

●拆车负责人：侧围、地板：前舱：后舱：车门、发动机罩、前舱盖：职责：负责拆车工作的具体实施，包括项目组人员的具体安排和协调、样车零部件入库、现场零部件明细表的编制，照相、各拆车记录文件整理、当天工作完毕后的文件、图片整理等。

白车身模态作业指导书(修改)(DOC)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、邓文彬汽车设计部门汽车工程设计研究院CAE分院振动与噪音分析研究所项目分析员主管分析员项目分析员产品数模复核UG数模、材料属性、焊点信息、厚度等数据根据UG数模利用Hypermesh对结构进行网格划分、焊点连接。

然后利用MSCNastran进行计^算，结果以否合格文件形式^T得出分析结论、写出分析报告、并根据相关标准给Y项目启动通知书根据合同要求确定分析内容。

保证数据完整性保证网格划分及计算方式的分析工告需22天15人。

通常一个项目中，随设计的作所需不断更新，需不断更新检查和计算。

时间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（注：三角形单元总数指的是整车中三角形单元所占比列）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：322.1单元网格总体要求：连续、均匀、美观，过渡平缓。

文件名称：白车身参数化建模标准文件编号：保密等级：★拟制：日期：2006-10-10 审核：日期：2006-11-18 批准：日期：2007-01-01更改记录：目录前言： (2)白车身参数化建模标准的定义 (4)白车身参数化建模标准的内容 (4)任意平面的建立 (7)方法一： (7)方法二 (9)孔特征的建立和标注 (10)检查该part文件是否能够正常移动 (11)建模过程中的注意事项： (11)前言：相关链接文件及参考资料：白车身参数化建模标准的定义白车身参数化建模标准是公司现阶段在白车身设计过程中对建模的总结，同时又是以后白车身建模的指导性文件。

本标准旨在使公司在白车身建模过程中更加规范和高效，提高白车身设计的可操作性和可控制性。

白车身参数化建模标准的内容白车身建模必须从模板文件开始，另存为需要的文件名，填好文件属性，然后开始建模。

模板里面共分5大部分: External Geometry 外部参考数据 Conceptual Geometry 基础定义 Final Part 建模过程及结果数据 Nuts and Screws etc. 紧固件 Annotation Set 三维标注PartBody 文件中的这第一个实体特征禁止使用External Geometry ：A class surface 是class A 部分的无参数的面；例如，侧围有很大一部分是class A 面，这些面必须经过处理后方可使用：Translate 从点（0，0，0）到点Part Reference Point 。

Sections：放入各种断面，建模过程中不允许任何特征和这些几何元素有任何直接关联。

Other Geometry：其他的参考数据，如点云等（点云数据只保留一份以减小文件体积）Conceptual Geometry：Part Reference Point：整个零件的参考点，每个特征都应该和该点有关联。

白车身计算模态分析中的几个简单问题探讨1 引言白车身模态分析是主机厂所有CAE分析项中最简单的，没有之一。

考虑到大家在模态空间公众号中看惯了高深的文章（谭祥军注：博士过奖了！），所以今天给大家换换口味，讨论一下这个最简单的分析项。

在这篇文章里，我们不谈模态分析理论，只探讨几个基本问题：做模态分析的有限元模型该不该带风挡玻璃？根据白车身模态如何估算内饰车身模态？整体弯扭模态如何识别？模态频率的目标值如何设置？模态频率不达标该怎么办？2 白车身模态分析方法白车身模态分析方法几乎人人都会，但为了文章的完整性，我还是坚持把它写出来。

白车身模态分析为自由模态分析，即模型不加任何形式的约束。

分析的频率范围设定为1-100Hz；下限设为1Hz，其目的是避免计算前6阶的刚体模态，以节约计算时间。

通常我们使用NASTRAN软件的SOL103求解序列，算法选用兰索士法（对应卡片为EIGRL）。

结果输出设置中，我们除设定输出位移(DISP)和应力(STRESS)外，还应设定输出应变能密度（ESE）。

在Hypermesh中完成以上操作非常简单；当然也可以将以上设置写成一个Nastran头文件模版，每次分析只要在头文件文本中将模型文件名include一下，无需重新设置。

3 问题之一：究竟应该用BIW还是BIP做模态分析？做白车身模态分析，一般会考虑两种模型。

一种叫BIW, 指焊接车身的本体部分，包括通过螺栓连接的碰撞吸能结构，不包括通过螺栓连接或粘接在车身本体上的玻璃、车门、发动机罩板、天窗、行李箱盖以及翼子板、仪表板支撑横梁等。

另一种叫做BIP，也叫做Glazed BIW，是在BIW基础加上前后风挡玻璃和三角窗，如果天窗玻璃是直接粘在顶棚上不能开启的，BIP还应包含天窗玻璃。

BIW的前几阶整体模态中，通常没有整体扭转模态，而是代之以Match Box模态（即顶盖左右错动模态）。

BIW粘上风挡玻璃后，Match Box模态就不存在了，所以我们很难界定这阶模态跟整车NVH 响应之间有何种关联。

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。

车辆工程技术56 车辆技术 伴随现代科技快速进步，汽车制造厂商也在日益提升生产能力，相应的汽车结构设计也备受重视。

在汽车设计中，白车身的质量至关重要，与整车质量直接相关。

而伴随先进计算机技术的广泛普及和快速发展，在白车身结构设计中，也越来越多地用到计算机辅助技术。

尤其是模态分析法，可以促进白车身结构设计的优化及汽车产品质量的进一步提升，值得加以分析探讨。

1　模态分析 （1）重要作用。

通过模态分析，可以得出白车身的实际一阶频率，再与发动机怠速条件下的激励频率比较，便能判断结构的共振问题，以防增大车身振动或噪声，并且供结构优化参考。

最后，利用试验中尚未模态分析对比验证，还能深入分析白车身优化模型的可信度。

在本文中，已经固定了车型外形、材料等，所以考虑通过优化厚度，来模态优化白车身结构。

针对白车身，采用一阶模态频率，来分析车身零部件质量灵敏度及板厚的模态，以及板厚、结构一阶频率、灵敏度模态间存在的关系，并得出结构优化中涉及的零部件，再通过一定的算法，来优化白车身模态。

（2）分析研究过程。

通过分析灵敏度，能针对某部位，得出最有效的结构修改方法，并且初步估计出，期望动态改变所要修正的区域。

根据灵敏度理论，算出白车身结构模态分析下，固有一阶频率与汽车质量在零部件板厚上的灵敏度结果。

据以上灵敏度分析显示，通过强化后门框，能最明显地增大结构的固有一阶频率，而通过强化后裙板，也可以得到明显增大的效果，并且外板的效果优于内板。

而分析结果还显示，通过加强后门框支柱的板件，却会影响固有一阶频率的改善。

这样的板件主要包含顶棚、后翼子板、后侧围板等。

通过进一步分析，得出了一阶模态下的正负灵敏度板件分别图。

此外，通过更改不同板件厚带给车身质量的具体影响，也通过模态分析得出。

因为要顾及对白车身适当轻量化的要求，所以为了增大固有一阶频率，不可直接强化对增大固有一阶频率贡献最大的结构板件，而应注意与其质量灵敏度相结合，也适当修改贡献不大的板件，以此来通过增大固有一阶频率来达到白车身质量上的要求。

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。