基于灵敏度分析的白车身结构轻量化设计
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灵敏度分析方法在车身轻量化中的应用
雷明准;陈剑;陈心昭;王建楠
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2009(031)007
【摘要】建立了某轿车车身有限元模型,由有限元分析求得车身固有频率与刚度值,并通过模态试验验证了该模型的合理性.根据车身构件的灵敏度分析结果选择设计变量,在提高车身刚度和动态性能的前提下,以轻量化为目标优化车身构件厚度,使车身总质鼍减轻了9.7%;刚度和固有频率也都有所提高.
【总页数】4页(P682-685)
【作者】雷明准;陈剑;陈心昭;王建楠
【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工程技术研究中心,合肥,230009;合肥工业大学噪声振动工程研究所,安徽省汽车NVH工程技术研究中心,合肥,230009;合肥工业大学噪声振动工程研究所,安徽省汽车NVH工程技术研究中心,合肥,230009;合肥工业大学噪声振动工程研究所,安徽省汽车NVH 工程技术研究中心,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.车身轻量化系数在重型载货汽车车身开发中的应用 [J], 邵广涛;王鹏
2.尺寸灵敏度在客车车身轻量化中的应用 [J], 邵方;王超
3.分论坛IV-轻量化及车身材料——铝合金在汽车轻量化应用中的最新突破 [J], 诸德卫
4.钢铝混合白车身在汽车轻量化中的应用及乘用车轻量化实例 [J], 王浩;陈鹏;钟万泽
5.轻量化铝合金连接技术及其在车身制造中的应用 [J], 崔厚学;张毅
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某轻客白车身刚度灵敏度分析与优化冯兰芳;王宏晓;惠延波;夏兆义【摘要】在白车身开发早期阶段,运用有限元仿真分析方法,在Nastran中对该车白车身进行弯曲刚度和扭转刚度分析。
在白车身刚度分析的基础上对其进行灵敏度分析与优化,最终得到在弯曲刚度和扭转刚度都达到设计目标值的情况下白车身减重2kg,有效的控制了分析与优化时间,给车身的设计提供了指导。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】4页(P102-105)【关键词】白车身;弯曲刚度;扭转刚度;灵敏度;优化【作者】冯兰芳;王宏晓;惠延波;夏兆义【作者单位】河南工业大学先进制造研究所,郑州 450007;河南工业大学先进制造研究所,郑州 450007;河南工业大学先进制造研究所,郑州 450007;河南工业大学先进制造研究所,郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】U4630 引言随着国内汽车产量的不断攀升,竞争加剧,能源的日益短缺,环境的日益恶化,油价不断上涨,这就促使汽车企业需要在不断提高车辆性能的同时,进一步降低油耗及成本,轻量化设计已成为汽车业关注的焦点。
车身作为占整车质量比例较大的结构,往往是轻量化设计的重点对象。
而车身作为一个关键受力结构,必须有足够的刚度来保证其装配和使用要求。
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。
所以基于白车身的刚度的轻量化研究就比较重要和实用[1~3]。
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。
本文以某汽车公司正在研发的某款轻型客车的白车身为研究对象,基于该公司产品设计部门提供的整车CAD模型,在Hypermesh中对其进行有限元建模,运用大型有限元求解器Nastran中对其进行弯曲刚度、扭转刚度求解。
在刚度求解的基础上,以白车身关键钣金件厚度为设计变量,以刚度为约束,以白车身钣金件的总质量最小为目标函数,在Nastran200中进行灵敏度优化分析。
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺基于SFE参数化模型的灵敏度分析对白车身扭转性能优化的应用探讨刘善英 宁子允 陈祖兴东风柳州汽车有限公司 广西柳州市 545000摘 要: 方法:本文通过构建SFE参数化模型,并应用拓扑优化手段对白车身结构进行灵敏度分析。
然后根据车身结构灵敏度分析及车身截面灵敏度分析结果进行方案设计与分析验证,以探讨在车身结构设计前期应用SFE及拓扑优化进行车身性能初步分析的可行性。
结论:SFE参数化模型与拓扑优化可以作为车身设计前期可靠的性能分析手段,可提前对车身性能进行评估,并可根据灵敏度提出具有针对性的优化建议,为后续车身设计中性能、重量与成本的平衡具有一定的指导意义。
关键词:SFE 拓扑优化 白车身 灵敏度 结构优化对于白车身系统开发来说,性能、成本、重量是开发的核心目标,但是三者关系复杂,即相互关联又相互矛盾。
日趋严苛的油耗要求是车身重量的主要诉求,重量减少能带来油耗降低、成本降低的显著效益。
但消费者日益关注的性能及不断严苛的安全法规则驱使着车身性能需不断提高,安全、舒适度、操控耐久等则是车身性能的主要诉求[1]。
性能的提升则意味着零件数量的增加、重量的增加、新技术的大量应用等等,相应的给成本与重量提出了较大的需求。
因此车身开发面临着高性能、轻量化、低成本的挑战。
传统的车身开发需要借助多轮CAE仿真分析及优化来达到较为合理的车身结构,整个过程会消耗较长周期。
拓扑优化可以实现多目标的最优化设计,并拟合出精度很高的性能曲线(或曲面)[2]。
在车身设计前期通过SFE参数化模型来获得不同性能要求、不同重量要求的白车身结构,并可直接输出工程化参考数据,指导车身结构设计,可使性能分析及优化工作提前,并提供具有可塑性高的车身结构设计方案。
SFE及拓扑优化近年来逐步被应用在汽车车身设计领域,李铁柱[3]等应用拓扑优化手段识别到车身扭转性能敏感区域,通过对敏感区域进行针对性优化,以最少代价获得最高的性能要求。
电动汽车白车身轻量化设计及性能分析摘要:随着全球经济的发展和人们环保意识的不断提高,电动汽车作为新能源汽车的代表,逐渐成为汽车产业的重要发展方向。
与传统燃油汽车相比,电动汽车具有零排放、低噪音、高效节能等优势。
然而,在实际应用中,电动汽车还面临着一系列问题,例如,续航里程不足、使用寿命短、充电速度慢等。
而这些问题都与电动汽车的白车身结构设计和轻量化策略密切相关。
基于此,本文阐述了优化电动汽车白车身轻量化设计的策略,以供参考。
关键词:电动汽车;白车身轻量化设计;优化策略引言汽车白车身轻量化设计是电动汽车的主要组成部分。
对于电动汽车来说,对白车身进行轻量化设计,不仅能够降低对汽车能源的消耗和,还能提高电动汽车的行驶续航力和里程。
因此,对电动汽车白车身进行各种轻量化车型设计,就显得尤为重要。
一、优化电动汽车白车身轻量化设计的意义为发展节能环保的新产业,科技部已经发布了关于新能源电动汽车的重大专项,从长远经济发展、社会效益还是整体经济效益角度进行一个综合衡量考虑,低油耗、低污染排放的电动汽车发展是绿色节约型经济社会汽车发展的大趋势方向,包含纯能源电动汽车在内的多种新能源电动汽车快速发展也将是大势所趋。
与其他传统大型燃油电动汽车产品相比,纯动力电动汽车因为其特殊的传动原理及车身结构,白车身轻量化已经是必然的产业发展战略方向。
电动车白车身轻量化设计是为了提高能源的利用率,从而加强新能源电动车续航能力。
综合考虑人机工程、产品工业工艺技术和设计、成本以及效益等诸多影响因素,确定采用相应的设计生产工艺。
轻量化的技术研究对电动汽车的持续发展来说势在必行,只有真正实现了对于白车身轻量化研究才能大大降低技术开发成本,提高使用性能,从而更加接近国际市场需求。
二、优化电动汽车白车身轻量化设计的策略(一)使用新型的制造材料与传统金属材料相比,新型材料通常更轻、更坚固,因此,在设计和制造电动汽车时,使用新型材料可以将整个车身的重量减轻,从而改善续航里程和节能性。
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。
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于DOE的汽车白车身结构优化荣升格 周俊锋 施帆君 胡骏奇瑞新能源汽车股份有限公司 安徽省芜湖市 241000摘 要: 汽车行业是我国国民经济的重要支柱产业之一,同时也是一个国家安全的关键因素。
随着经济的发展和人民生活水平的提高,汽车的保有量也在不断增加,人们对汽车的要求越来越高,因此,对车身的设计提出了更高的标准和更高的质量需求。
而DOE及轻量化在质量控制的整个过程中扮演了非常重要的角色,它是产品质量提高,工艺流程改善的重要保证。
关键词:DOE 汽车 白车身 结构优化1 引言目前,国内大多数的汽车生产企业都在采用以HBS(SUV)为核心的技术来满足用户的不同需要,但由于车身的结构形式的多样性,以及其性能的差异性,使得其在实际使用过程中存在着许多的问题与缺陷。
本文针对以上的现状进行研究,并结合国内外的相关理论,通过查阅大量的文献资料,分析出适合于白车身结构优化的方法。
2 研究综述2.1 研究背景随着汽车行业的发展和人们对汽车的需求量越来越大,汽车保有量的增长速度也在不断的加快中。
由于汽车的普及和道路建设的完善,以及城市交通的日益拥挤,导致交通事故的发生频率也在增加。
据有关部门的数据显示,我国每年因车祸造成的人员伤亡人数较多,并且死亡率高达30%。
因此,如何提高公路的使用效率,降低事故的发生率成为了社会的热点问题。
2.2 研究意义目前,国内大多数的汽车厂都采用的是传统的车身结构,即底盘的布置方式,这种设计的弊端就是容易使驾驶员产生疲劳感,从而影响到乘客的舒适度。
为了解决这个弊端,国内外许多的厂家开始着手改善车身的外形、色彩、发动机的运行性能等方面的优化工作。
对于白车身的改进,就需要对白车身进行优化,通过改变零部件的尺寸来达到减少碰撞的目的;同时,还可以根据不同的行驶环境来调整车型的大小与位置,以满足更多的人出行的要求;最后,还能够提升整车的安全系数,保证其具有良好的燃油经济性[1]。
文章标题:汽车轻量化设计对乘用车白车身的影响及评价方法探讨一、引言乘用车白车身轻量化设计在现代汽车工业中日益受到重视。
轻量化设计能够减少车辆整体重量,提高燃油效率,减少排放,同时也有利于车辆性能和安全性的提升。
本文将探讨乘用车白车身轻量化设计的影响以及评价方法。
二、轻量化设计的影响1. 燃油效率提升乘用车白车身轻量化设计能够减少整车重量,减轻车辆负荷,从而降低燃油消耗,提高燃油效率。
轻量化设计可以通过材料选用和结构优化等方式实现,例如采用高强度、高韧性的轻质材料,以及优化车身结构,减少材料使用。
2. 减少排放轻量化设计能够减少车辆整体重量,降低对动力系统的负荷,减少燃油消耗,从而降低尾气排放,减少污染。
对于环保意识日益增强的现代社会而言,轻量化设计在减少环境污染方面具有重要意义。
3. 车辆性能提升乘用车白车身轻量化设计还可以提升车辆的操控性、加速性和刹车性能。
减少车辆整体重量可以降低车辆的惯性,增加车辆的灵活性,提升操控性能;同时也能提高车辆的加速性和刹车灵敏度。
4. 安全性能提升轻量化设计可以通过优化车身结构,提高车身刚性,增加吸能结构等方式,提升车辆的安全性能。
轻量化设计并非仅仅降低车辆整体重量,更重要的是要在保证车辆安全性能的前提下进行设计。
三、评价方法1. 材料评价在乘用车白车身轻量化设计中,选用合适的轻质材料是至关重要的。
评价方法可以从材料的密度、强度、韧性、成本等方面进行综合评价。
常见的轻质材料包括铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等。
2. 结构评价结构评价是对车身整体结构进行评价,包括刚性、稳定性、振动响应等方面。
通过有限元分析等方法,可以对车身结构进行模拟评价,找出设计中存在的问题并进行优化。
3. 性能评价性能评价是对轻量化设计后车辆整体性能的评价,包括燃油效率、操控性、安全性、舒适性等方面。
通过车辆测试、模拟试验等手段,可以全面评价车辆轻量化设计的效果。
四、个人观点和总结个人观点:乘用车白车身轻量化设计是现代汽车工业发展的必然趋势,它不仅可以提升车辆性能,同时也有利于环保和可持续发展。
0引言20世纪80年代以来,汽车技术快速发展。
车身作为汽车的重要组成之一,在汽车行驶和停放状态下都会受到不同工况力的作用。
结构强度及刚度是判断车身结构是否合理的重要指标[1],接头连接较弱,会降低车身的扭转刚度和模态,且对车身的弯曲刚度也有一定影响。
鉴于此,国内外学者对车身接头展开研究。
宋凯等[2]在车身概念设计阶段,建立由隐式参数驱动T 型接头更新的全参数化模型,并建立了自动化的多目标优化流程。
姚再起等[3]建立SFE 参数化模型,基于接头的灵敏度分析结果,对截面形状、部件厚度、工艺进行优化,改善了车身性能。
胡望岳等[4]通过对关键位置接头进行刚度优化,实现了白车身一阶弯曲、扭转模态的提升。
毛征宇等[5]对车身模型进行简化,筛选出了关键接头位置,采用试验设计的方法和近似模型对接头结构进行多目标优化。
林圣存[6]对某承载式客车车身接头结构进行改进,仿真结果表明,改进后的客车侧翻安全性能明显提升。
林辉等[7]对某MPV 车型白车身主要接头的连接关系、截面形状及关键结构件的厚度参数进行修改,以满足车身性能要求。
庞博[8]深入研究了循环温度场对T 型搭接胶接接头强度的影响,胶接接头在汽车行业应用广泛,具有应力分布均匀、轻量化、密封性好等特点。
Kanani 等[9]为了改善铝和聚邻苯二甲酰胺(PPA )之间单搭接接头的性能,开发出一种具有界面刚度改进结构的新设计。
Bylund [10]对一款名为ADRIAN 的汽车接头刚度计算软件及其在产品开发过程中的应用进行了介绍。
Banea 等[11]对相似材料和多材料胶接接头进行了实验和数值研究。
Mundo 等[12-13]在车身概念设计阶段提出了一种基于简化梁和接头的建模方法,以实现在白车身早期设计阶段的NVH 和其他性能优化。
本文基于某车型白车身模型,通过仿真分析计算出接头刚度和截面性能,采用PALS (product attribute leadership strategy )策略对接头及截面的性能进行初步评价。
基于白车身结构刚性化的结构灵敏度分析田佩;华睿【摘要】白车身的刚度是影响整车NVH性能及操纵性的重要评价指标,通过结构灵敏度分析可获得最优的白车身结构刚度设计,而通过利用CAE分析对局部模型刚性化后的白车身刚度、模态性能变化计算结构的灵敏度是一种有效的结构优化参考方法.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)014【总页数】3页(P128-130)【关键词】白车身刚度;模态;结构灵敏度;结构优化【作者】田佩;华睿【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】U462.3白车身的刚度是整车设计的一个重要指标,它决定了车辆在外力作用下抵抗变形的能力。
白车身刚度与整车的NVH性能及操纵性,耐久性等均有一定的关联。
通常我们主要关注两个车身刚度指标,即扭转刚度及弯曲刚度。
如何在一定的成本及重量控制下尽可能提升白车身刚度是目前各车企研究的方向,本文主要通过一种研究车身结构灵敏度的方法为车身刚度提升提供结构优化方向参考。
前处理:Altair/Hypermesh;求解器:Nastran;后处理:HyperView。
(1)白车身模型;(2)模型批量生成脚本。
白车身刚度模态计算模型,如图2所示。
首先删除所有的非2D单元,并删除临时节点,否则生成刚性单元,计算报错。
根据结构位置定义新的component,其名称与所在的结构名称一致。
例如B柱下接头:B_PLR_JOINT_LWR。
选取B柱下接头区域的网格,将其放在新建的B_PLR_ JOINT_LWR的comp中。
依次完成所有位置的划分。
根据结构位置定义新的SET,其名称与所在的结构名称一致。
如果这个结构只有一部分,例如后地板横梁,则可以直接命名FLOOR_RR_CM_I。
首先全部定义完单一结构的SET集,ID从100开始,依次定义,不可以有间断。
如果这个结构是有两部分的,例如B柱下接头,有左右两个部分,则两侧分别定义SET集:B_PLR_JOINT_LWR_L、B_PLR_JOINT_LWR_R(属于同一结构的需相邻),ID从200开始,一定要按左右顺序依次定义,不可以有间断。