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概念车身梁截面厚度优化设计概念车身梁截面厚度优化设计随着汽车的发展，车身结构设计越来越受到重视。
而作为车身结构中的骨架部分，车身梁的设计也成为了重点。
车身梁是汽车车身结构的支撑和负载承受部分，主要起着分散并承受车身荷载，保证车身刚度、强度和稳定性的重要作用。
因此，在车身梁的设计中需要综合考虑结构强度、刚度、质量、成本等多个因素。
本文将介绍车身梁截面厚度的优化设计方法。
在优化车身梁截面厚度的设计中，首先需要确定设计要求和目标。
针对不同的要求和目标，可以选择不同的设计方法。
例如，对于重视强度和刚度的要求，可以采用拓扑优化设计方法；对于考虑成本和质量的要求，可以采用优化设计方法。
在以下的讨论中，我们将以优化设计方法为例进行详细介绍。
在优化设计中，需要制定合理的设计变量和限制条件，建立数学模型，并采用计算机仿真技术进行模拟分析。
设计变量包括车身梁的截面厚度（t）和长度（L），以及其他可能对截面厚度产生影响的因素。
限制条件包括要求的刚度、强度和稳定性等方面的指标。
假设我们的设计目标是最小化车身梁的重量，即在保证车身梁满足规定的强度、刚度和稳定性的条件下，尽可能减小车身梁的重量。
在这个设计目标之下，可以采用以下的优化设计流程：第一步，建立数学模型。
假设车身梁的截面形状为矩形，其截面厚度为设计变量t，长度为L。
设车身荷载为F，车身梁截面积为A，应力为σ，弯曲刚度为EI，则车身梁的强度和刚度满足以下条件：σ = F/A ≤ σmax（强度满足条件）EI = F(L/2)^2/3 ≤ EImin（刚度满足条件）其中，σmax和EImin分别是车身荷载和车身梁截面形状给定条件下的最大应力和最小弯曲刚度。
此外，还需要根据设计要求确定车身梁的稳定性条件。
第二步，采用优化设计方法求解最优解。
在求解最优解时，需要考虑优化方法、目标函数、约束条件等因素。
优化方法有很多种，例如遗传算法、粒子群算法、仿生算法等。
在目标函数方面，以最小化车身梁重量为目标函数，即：minimize W = ρAL其中，ρ是车身梁的密度。
译文-汽车设计概念阶段白车身接头与梁式结构优化的简化模型号：毕业设计(论文)外文翻译（译文）题目：新型微型拖拉机外观及主要部件结构设计院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：职称：副教授题目类型：☐理论研究☐实验研究☑工程设计☐工程技术研究☐软件开发2010年5月23日汽车设计概念阶段白车身接头与梁式结构优化的简化模型摘要本文提出了一种替代汽车模型构造中的梁式结构与节点的工程方法。
其最终目的是为设计人员在创建一个汽车零部件概念模型提供一种有效方法。
在汽车设计的早期，利用NVH优化方法对白车身进行优化设计。
所提出的方法是基于简化梁与节点建模方法，其中涉及到梁构件截面几何分析和接点的静态分析。
第一个分析旨在确定梁中心节点和计算的等效梁属性。
第二个分析目的在于通过静压下的复杂有限单元模型，建立由有三个或以上的梁构件通过的接点的简化模型。
为了验证所提出的方法，列举由简化模型取代梁式结构和汽车车身上部区域的接头的工业研究个案，两种静态载荷分别作用于原始模型和简化模型上并比较了两种模型的全车扭矩刚度和弯矩刚度，所采用的比较方法与OEM公司使用的标准是相同的。
也对两种模型的全局频率与模态震型方面做了动态性能分析比较。
在高度竞争的市场中，设计工程师面临着的挑战就是遵从复杂且有可能相互矛盾的设计标准开发新产品。
在汽车产业领域，为完善汽车的各项功能性，如安全，降低噪音和振动，注重环保等任务，使越来越多的困难，由推出新产品或更新现有模式。
为了使复杂的设计标准与降低上市时间相适应，就需要将计算机辅助工程（CAE）设计方法用于汽车设计的早期阶段。
近来，为了使汽车设计人员在汽车功能已经确定、但详细的几何数据还不明确的概念阶段利用CAE进行设计，研究人员花费了不少精力。
其目的是要改善初始CAD设计，从而缩短了设计周期。
在NVH和碰撞安全性的预测领域，研究人员已经提出很多概念建模方法。
它们可以分为三类：基于前任有限元模型方法，零开始方法，并行计算机辅助方法。
10.16638/ki.1671-7988.2020.10.054白车身强度分析及优化设计刘小会，杨越（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230001）摘要：文章首先阐述了车身强度分析的目的以及CAE分析的方法，然后分析了基于强度考虑的车身优化设计方法。
以某型汽车C柱区域的强度问题为例，进行了原因分析和方案优化，经CAE分析验证，结果满足要求。
关键词：汽车；强度；CAE 分析；应力中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)10-181-03The Optimal Design of The White Body StrengthLiu Xiaohui, Y ang Y ue（The technology center of the jiang huai automobile, Anhui Hefei 230001）Abstract: This paper first describes the purpose of the body strength analysis and the method of CAE analysis, then analyzes the body design method based on intensity is considered. Finally, this paper takes the strength of the column with a certain type of car C area problem as example, has carried on the analysis of the causes and scheme optimization, the final CAE analysis verify again, can meet the requirements.Keywords: Automobile; Strength; CAE; StressCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)10-181-03前言汽车的结构强度主要由车身强度来决定。
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。
2024年第2期47白车身骨架模态研究与结构优化设计马保林，熊辉，张略（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘 要：为了提高某承载式车身骨架的模态，解决其在汽车行驶过程中与外界激励频率重合产生共振和异响，改善白车身骨架的NVH性能，对某轿车白车身进行研究并对关键零部件进行了结构优化设计，并进行有限元分析验证。
根据有限元分析及实车验证，这些结构优化方案对改善车身模态频率具有良好的效果，为其他车型提供设计参考。
关键词：模态分析，结构优化，白车身，有限元分析中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）02-0047-05Research on the BIW Modal and Optimization Design of theStructuralMA Bao-lin, XIONG Hui, ZHANG Lue (Chery Automobile Co., Ltd., WuHu 241000, China)Abstract: In order to improve the mode of a load-bearing body frame, solve the resonance and abnormal noise caused by its overlap with the external excitation frequency during the driving process of the car, and improve the NVH performance of the BIW skeleton, the BIW of a car was studied, and the structural optimization design of key components was carried out, and the finite element analysis was carried out to verify it. According to the finite element analysis and actual vehicle verification, these structural optimization schemes have a good effect on improving the modal frequency of the body, and provide design reference for other models.Key Words: Modal Analysis; Structural Optimization; Body-In-White; Finite Element Analysisdoi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.02.008 收稿日期：2024-01-021 前言随着我国汽车行业的飞速发展，乘员对于汽车振动噪声品质的要求不断提高。
概念设计阶段的轿车车身结构简化建模及碰撞分析概念设计是车身设计的前期阶段,需要在满足整车性能的前提下完成车身结构的设计和优化。
车身结构详细壳单元模型建模周期长、模型修改困难,不适合应用在概念设计阶段,而多刚体模型和薄壁梁单元简化模型在建模时间、模型修改、碰撞优化等方面具有明显优势,因此,在概念设计阶段建立准确的多刚体和薄壁梁单元简化模型,进行动态碰撞特性求解,进而修改和优化模型,对缩短研发周期及快速提高车身性能具有重要意义。
本文首先建立了一种用于正面仿真碰撞的假人多刚体模型,该模型定义了车身结构和假人之间的多体动力学计算模型,车身模型由整车质量和适当刚度表示,通过推导多刚体模型的运动方程,编写MATLAB程序求解隐式微分方程组,从而得到该模型的正面碰撞特性。
其次,推导出建立薄壁梁单元车身模型所需的梁单元截面力学特性,包括:截面面积、形心、弯曲惯性矩和扭转惯性矩,其中,根据实心任意截面梁扭转刚度的微分方程和扭转问题的弹性力学薄膜比拟解法,推导扭矩关于截面面积和剪力流的平衡方程,以及剪应力与扭转角的几何方程,从而求得任意数量腔室(开口、单室、双室、三室等)的,复杂薄壁截面扭转惯性矩的统一计算公式。
采用有限元方法提取梁单元的塑性特性,结合梁单元建立轿车白车身简化模型。
最后,建立了假人多刚体模型正面碰撞、轿车前纵梁简化模型正面碰撞和轿车白车身简化模型正面碰撞工况仿真,对比壳单元详细模型的变形模式、变形位移、速度曲线、加速度曲线和能量曲线等的一致性,并验证计算效率。
同时,对车身前纵梁(矩形薄壁截面S型梁)进行了碰撞优化研究,提出了将响应面和遗传算法相结合的优化设计,在轴向压溃位移、截面厚度和截面边长的约束下,优化前纵梁截面面积。
研究结果表明:与有限元假人模型相比,多刚体假人模型在正面碰撞工况中具有较好的一致性,且该模型的修改速度较快,可以在轿车的概念设计阶段快速评估假人的损伤水平。
梁单元模型较详细模型具有相当程度的计算精度,并在计算效率上具有绝对的优势,可以满足在车身概念设计阶段的工程需求。
第26卷第6期2010年12月机械设计与研究M achine D esign and R esearch V o.l 26N o .6D ec .,2010收稿日期:2009-12-30基金项目:国家863计划资助项目(2007AA04Z185)文章编号:1006 2343(2010)06 120 04轿车白车身概念设计阶段梁截面优化设计孔 敏1,郭永进1,刘 波2(1上海交通大学上海市数字化汽车车身工程重点实验室,上海 200240,E m a i:l guoy@j sjtu ;2.长安汽车工程研究院,重庆 401120)摘 要:轿车白车身刚度对整车的噪声、耐久性和安全性等都至关重要。
在以梁壳单元建立的白车身线框模型基础上,推导薄壁梁截面特性参数的计算方法,引入比例向量为截面形状变化参数和设计变量,通过对白车身刚度进行灵敏度分析,以质量为优化目标,弯曲和扭转刚度为约束,得出车身的优化方案,并进一步推导得出目标梁的截面形状优化结果。
优化结果表明,该方法能够在概念设计阶段为设计者提供有效的设计参考,缩短设计周期、提高设计质量。
关键词:白车身;刚度;截面形状优化;概念设计中图分类号:U 463.82 文献标识码:ACross Secti on Opti m i zati on for Thi n W all ed Bea mof Vehicle B I W i n Concept Design PhaseKONG M i n 1,GUO Yong ji n 1,LI U Bo2(1.Shanghai K ey L aboratory of D i g ita l Au t obody Eng i nee ri ng ,Shangha i J i ao T ong U niversity ,Shanghai 200240,Chi na ;2.Changan A uto m otive Eng i neer i ng Instit ute ,Chongqi ng 401120,China)Ab stract :T he stiff ness o f auto m o tive body i n wh ite (B I W )is essential to veh icle no i se ,durability and safety .In th i s paper ,an opti m iza ti on techn i que for th i n wa lled bea m cross secti on is propo sed .T he techn i que i ncl udes a w ire fra m e m ode l o f B I W ,response surface m ethod based bea m cross section character izati on ,ratio v ector i n troduced t o de scr i be the cross secti on shape change ,and stiff ness sensiti v ity ana lysis .T he opti m a l cross secti on is derived based on the ra ti o vector descri ption of beam cross secti on .Th is techn i que cou l d be used in t he au t om oti ve concept design phase to prov ide usefu l desi gn so l utions for B I W bea m cross secti on w ith better quality and sho rter ti m e .K ey words :B I W ;stiffness ;cross secti on shape op ti m ization ;concept desi gn轿车车身结构概念设计是一个涉及到多方面因素的综合工程设计问题。
如果在概念设计阶段,我们就比较精确地预测和控制零部件乃至整车的性能和结构可靠性,使得在开发初期就能使未来产品性能和结构指标得到保证,可以大大缩减企业在对已有车型的更新换代以及新车型开发阶段的时间和资金投入。
考虑到现代轿车车身大多数采用全承载式结构,承载式车身几乎承担了轿车使用过程中的所有载荷,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[1]。
由于白车身刚度的重要性,若能在概念设计阶段对白车身刚度性能进行评估和改进,就能减少设计的盲点,为后续设计提供有力的指导,所以在概念设计阶段进行白车身刚度仿真是一项性价比很高的工程[2-5]。
在对轿车白车身以梁壳单元进行概念化建模(如图1所示)的基础上,拟合了对梁截面属性的计算公式,引入形状控制参数以保证梁截面中任意部位的连续变化,在车身各部位梁灵敏度分析的基础上,以车身刚度为约束,车身重量最小图1 梁壳混合模型与原车型的对比为优化目标,应用优化软件A lta ir /O pti Struct 得到梁的最佳形状参数,进一步通过形状参数逆推优化后的截面形状。
文中探索的基于刚度的车身梁截面优化设计流程可以在概念设计阶段为设计者提供有效的参数,尤其在改型车的研制方面,能大大缩短汽车车身结构设计周期、提高设计质量。
1 薄壁梁截面形状参数化汽车车身结构主要是由各种规格的薄板通过冲压成形制造出的具有复杂曲面形状的薄板零件连接装配而成。
在车身结构中包含许多起主要承载作用的封闭的薄壁梁结构。
薄壁梁结构的承载性能是由薄壁梁的截面形状(如图2所图2 某门槛梁截面示)以及板件的厚度决定的,直接影响车身的刚度性能。
1.1 基于响应面的梁截面属性计算公式响应面法是通过构造一个具有明确表达形式的多项式来近似表达隐式功能函数,它采用有限的试验,通过回归分析拟合出解析表达式来代替真实响应面[6]。
一般来说,系统的响应量y 与设计因子(x 1,x 2, ,x n )可以表示成:y =g (x 1,x 2, ,x n )+ 。
通过试验设计,系统响应与设计因子表示成下面的回归模型:y =f (x 1,x 2, ,x n )+ 。
其中 是误差分量,f (x )是g (x )的近似函数.目前构造响应面的方法主要有多项式、指数函数和对数函数拟合,以及人工神经网络(ANN )、样条插值等近似方法,式(1)给出了二次多项式的近似函数。
y = 0+!ni=1ix2i+!nj=1j x2j+!ni,j=1 ijx i xj+ (1)图3 截面分段计算截面属性将车身梁截面定义为由长度为L 、宽度为e (即实际板厚)的多条线段连接构成,如图3所示,其中Centro i d 为截面的质心,(y 1i ,z 1i )、(y 2i ,z 2i )分别为第i 线段的起点和终点。
通过响应面法(以3个开口梁、3个单连通区域梁和3个双连通区域梁为样本梁),得到用于计算梁截面面积、惯性矩、惯性积、扭转常数等截面参数的公式:S =!L i *e i(2)I yy =!L e 312co s 2 +L 3e 12s i n 2+eLC 2y (3)I z z =!L e 312sin 2 +L 3e 12co s 2+e LC 2z (4)I yz =!L 3e -L e 312sin 22 +eLC y C z(5)J 0=!L e 33(6)J c s=4A 2int ∀dL e(7)J =4{S 21(L 2/t 2+L 3/t 3)+2S 1S 2L 3/t 3+S 22(L 1/t 1+L 3/t 3)}L 1L 2/t 1t 2+L 2L 3/t 2t 3+L 1L 3/t 1t 3(8)式中:S 为封闭截面的面积;e 代表线段处板厚;L 为线段的长度, 为该线段在坐标系中与y 轴的夹角;C y 与C z 分别为从线段质心到截面质心的y 、z 方向上的距离。
公式(2)为计算封闭或开口截面的截面面积的公式,公式(3)至(5)用于求封闭或开口截面的截面惯性矩,公式(6)用于求开口截面的截面扭转常量,公式(7)用于求单腔(梁截面由内板和外板构成)封闭截面的截面扭转常量,公式(8)用于求双联通(梁截面由内板,外板和加强板构成)封闭截面的截面扭转常量。
其中L 1、L 2、L 3分别为形成封闭区域内板、外板及加强板的长度,S 1、S 2分别为三板围成的两个封闭区域的面积。
1.2 截面形状变化设计变量图4 比例S 向量法控制截面连续变化为了进行截面的优化,需要缩减梁截面的设计参数。
这里采用比例向量法来表达优化设计中的梁断面[7]:长度变化量SV 和角度变化量 。
图4表示了 为90#,SV 分别为0.7、1、1.3的内板连续变化过程。
可以看出,通过控制相应的两个变量,可以使截面形状随之呈规律性变化。
比例向量法的基本思想为:原坐标系为O -yoz 坐标系,在确定完角度值 之后,将原坐标系旋转 角度后即为O -y ∃oz ∃坐标系,临时坐标为公式(9)所示。
y ∃z ∃=co ssin-s i n cos yzinit=co s *y init +sin *z i n it-sin *y init +co s *z init(9)在O -y ∃oz ∃坐标系引入S V 长度变化因子,在考虑原有转换角度后,转换最后的新坐标表示为y z =cos -sin si ncosy ∃*SV z ∃=co s *y ∃*SV -s i n *z ∃s i n *y ∃*SV +cos *z ∃(10)比例向量控制法通过长度变化因子S V 和角度 实现对截面形状的连续变化控制,为截面形状优化和逆向推导带来了极大的方便。
论述中首先确定控制点坐标的变化方向(即角度值 ),然后通过改变长度SV 使截面形状呈规律性变化。
当然角度值也可以作为设计变量,但这将使得优化的总设计变量的数目增加一倍。
2 白车身梁截面形状优化2.1 梁截面形状优化设计方法如图5所示为概念设计阶段基于刚度的白车身梁截面的优化设计流程。
121第6期 孔 敏等:轿车白车身概念设计阶段梁截面优化设计图5 基于刚度概念化阶段梁截面的优化设计流程首先对车身质量和刚度(包括弯曲和扭转刚度)进行灵敏度分析。
考虑到板厚对质量的影响体现在截面面积上,所以这里只考虑截面面积对整车质量的灵敏度,因而以各梁的截面面积为变量,在A lta ir /O pti Struc t 中对其进行灵敏度分析。
灵敏度分析完成后,通过相对灵敏度K B 和K T ,即弯曲与扭转刚度对质量灵敏度的比值,来筛选出对车身刚度和质量贡献度最大的梁,即需要重点优化的梁。
