白车身弯曲刚度分析规范(参考Word)

白车身扭转刚度分析及优化翁洋张伟（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海，200804）摘要：白车身结构是否具备合理的静态扭转和弯曲刚度对于提升整车的结构耐久和NVH性能是至关重要的。

不同的车型，刚度的目标值也不同。

车身结构的刚度值可以通过试验或者有限元分析得到，使用有限元方法来模拟白车身刚度试验，通过试验结果来验证有限元分析的正确性。

BIW Torsion Stiffness Analysis & OptimizationAbstract：Adequate static torsion stiffness of BIW is essential for better overall durability and NVH performance. Stiffness targets vary for different vehicles. The stiffness can be evaluated experimentally and analytically. The FE results can be used to correlate CAE to testing data.引言在小型乘用车设计开发中，对车身结构设计进行有限元分析计算是有效缩短产品开发周期、节约产品开发及实验费用、提高产品可靠性的重要技术手段。

因此车身的扭转和弯曲刚度作为衡量车身设计的一项重要条件，对其进行准确的分析计算成为设计开发中的一项不可缺少的重要内容。

为了和白车身刚度试验结果对比，分析中所需的零件需要和试验一致。

可以通过优化软件进行DOE分析，并根据分析结果调整对产品性能起主要作用的参数进行优化设计。

建立有限元模型本文所涉及的有限元模型采用Hypermesh进行前处理。

网格模型由Quard4、Tria3单元以及相应的焊接单元构成，并且单元质量符合指定的建模标准。

模型结构如图所示白车身结构网格模型边界条件后减震塔约束3个方向的自由度，前横梁中心约束5个方向的自由度。

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）。

5.4刚度云图6 BIW弯曲刚度分析评价标准1）弯曲变形曲线要求计算的弯曲变形曲线应连续变化，无突变。

2）各车型弯曲刚度要求按照车型级别分类，同时参靠标杆车。

包括：A级车弯曲刚度不小于10000N/mm；B、C级车弯曲刚度不小于14000 N/mm。

目录1 前言 (1)2 范围 (1)3 规范引用文件 (1)4 术语和定义 (1)5 具体内容 (1)5.1有限元模型 (1)5.2边界条件 (2)5.3分析结果 (2)6 总结 (3)1 前言通过驾驶室BIW弯曲刚度分析，了解驾驶室的抗弯性能，为驾驶室设计优化提供参考依据。

2 范围本文规定了商用车驾驶室BIW弯曲刚度分析方法和评判标准。

本文适用于商用车的驾驶室BIW弯曲刚度分析。

3 规范引用文件《重庆坚峰汽车科技有限公司CAE建模规范》4 术语和定义5 具体内容5.1有限元模型根据提供的数据，建立有限元模型如图1所示：只包括白车身焊接本体，不包括玻璃、附件及内饰件等。

网格和连接要求参照《重庆坚峰汽车科技有限公司CAE建模规范》执行。

图1 驾驶室有限元分析BIW模型5.2边界条件约束：约束驾驶室悬置左前123，右前13，左后23，右后3自由度。

加载：在主驾驶座椅H点以及副驾驶座椅两个H点分别施加1000N垂向力（整车-Z向）。

测量点：底面纵梁左右Z向最大位移mm。

弯曲刚度分析的边界条件和载荷如图2.1和2.2所示：图2.1 约束图2.2 加载5.3分析结果1）测量点位置如图3所示：图3 车架弯曲刚度分析测量点左纵梁最大Z向位移为d zl，右纵梁最大Z向位移为d zr。

平均值d zmax=（d zl+d zr）/2，弯曲刚度k=F/d zmax。

2）位移云图如图4所示：图4 白车身弯曲刚度左右纵梁Z向位移云图3）BIW纵梁弯曲刚度Z向位移曲线如图5所示：图5白车身纵梁弯曲刚度Z向位移曲线6 总结1）白车身BIW弯曲刚度>标杆车BIW弯曲刚度；2）白车身BIW纵梁位移曲线连续且无突变。

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在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。

前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。