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提高白车身模态的措施《提高白车身模态的措施》嘿，朋友，今天咱们就来唠唠提高白车身模态都有哪些措施。
这白车身模态啊，就像是汽车身体的一种特性，模态越高呢，汽车在行驶过程中就越不容易产生共振之类的问题，开起来也就更稳当、更舒服，噪音也会更小。
那咱们怎么提高它呢？一、优化结构设计首先啊，这结构设计就像盖房子打地基一样重要。
为啥要优化结构设计呢？因为合理的结构能让力更好地传递和分散，就像一群人干活，如果分工明确、路线清晰，那效率肯定高。
在具体操作上呢，咱们得从整体布局出发。
比如说，增加一些加强梁。
这加强梁就像房子里的柱子，能给车身增加支撑力。
咱们可以在车身容易变形或者受力比较大的地方，像车门和车身连接的部位、底盘的关键位置等，巧妙地加上这些加强梁。
那加的时候也有讲究，不能乱加，得根据车身的力学分析来确定位置和形状。
比如说，要顺着车身主要受力的方向来设计加强梁的走向，这样才能最大限度地发挥它的作用。
预期效果呢，就是让车身整体的刚度得到明显提升，就像给一个软绵绵的身体穿上了一层硬铠甲，白车身的模态自然就提高了。
还有啊，优化车身的形状也是个不错的办法。
咱们尽量让车身的形状更规整，减少那些奇奇怪怪的凸起或者凹陷。
你想啊，一个表面光滑的物体和一个坑坑洼洼的物体，哪个在风中或者受力的时候更稳定呢？肯定是光滑的那个。
所以把车身形状设计得更简洁流畅，能够减少空气阻力对车身的干扰，同时也能让力在车身上的传递更顺畅，从而提高模态。
二、选用合适的材料这材料就像做饭的食材一样，好的食材才能做出美味的菜肴。
在提高白车身模态这件事上，选择合适的材料至关重要。
为啥要重视材料呢？因为不同的材料有不同的力学性能。
比如说，高强度钢就比普通钢材更硬更结实。
如果咱们用高强度钢来制造车身的关键部位，那这个部位就能承受更大的力而不容易变形。
就像一个大力士和一个普通人，在扛东西的时候，大力士肯定更厉害。
具体操作起来呢，咱们要对车身不同部位进行分析。
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。
0前言为了应对日益突出的能源危机和环境污染，实现可持续发展，轻量化已成为汽车产业的发展方向之一。
由于车身质量占整车质量的40%~50%左右，因此车身是轻量化设计的关键总成[1-2]。
然而，在实际路况中，车身需要承受弯曲、扭转、颠簸、转弯、制动、驱动等各种载荷，因此，车身刚度性能设计的合理与否将直接影响到整车的可靠性、安全性、NVH等多方面性能[3-5]。
所以，如何在保证刚度的基础上实现轻量化是车身设计的重要课题。
此外，传统汽车多为钢制，铝合金因具有质轻、可塑性强、回收好等一系列优良性能而被广泛应用，目前越来越多的汽车采用铝制材料[6-8]。
然而国内铝合金车身的应用尚未成熟，文献中关于铝制汽车方面的研究也相对较少，因此对铝制白车身进行研究具有十分重要的意义。
作为轻量化设计的技术手段之一，灵敏度优化分析广泛应用于汽车概念设计及详细设计阶段[9-11]。
本文以某铝制物流车白车身为研究对象，建立有限元模型，在对初始方案进行刚度分析的基础上，以白车身质量最小为优化目标，以白车身弯曲刚度不低于目标值为约束条件，以白车身料厚为设计变量，得到弯曲刚度对车身料厚的灵敏度，对灵敏度大的车身料厚进行加厚处理，对灵敏度小的车身料厚进行减薄处理，最终得到优化后的车身料厚分布。
1灵敏度优化分析理论灵敏度是设计响应对设计变量的偏导数，反映出设计响应对设计变量变化的敏感程度[12-13]。
对于有限元方程：KU=P（1）式中，K为刚度矩阵；U为单元节点位移矢量；P为单元节点载荷矢量。
两边对设计变量X求偏导数：∂K∂X U+K∂U∂X=∂P∂X（2）则节点位移向量U对设计变量X的偏导数为：∂U∂X=K-1(∂P∂X-∂K∂X U)（3）一般来说，设计响应是位移矢量U的函数：g=Q T U（4）所以设计响应对设计变量的偏导数为：∂g∂X=∂Q T∂X U+Q T∂U∂X（5）由此即可求得目标函数和约束函数对设计变量某铝制物流车白车身刚度灵敏度优化分析杨珊，夏德伟，王雪飞（辽宁忠旺集团有限公司产品设计与应用研究所，北京100102）摘要：以某铝制物流车白车身为研究对象，通过建立有限元模型对其初始方案进行弯曲刚度和扭转刚度分析。
白车身模态和刚度的响应面构建及多目标优化
郭福森
【期刊名称】《机电技术》
【年(卷),期】2022()6
【摘要】建立某微型车白车身有限元模型,以车身板件料厚为设计变量,进行了弯曲刚度、扭转刚度及模态频率的综合性能灵敏度分析。
选择相对灵敏度最高的8个
板件作为拉丁方试验设计样本,进行了75次仿真试验,获得各样本点处的性能响应。
采用Kriging法分别构建白车身质量、模态及刚度的响应面模型,结合多目标遗传
算法对白车身进行结构优化设计,并获得Pareto最优解集。
结果显示:在质量增加3.64%的情况下,一阶模态频率、弯曲刚度及扭转刚度分别提升了14.71%、
15.90%、20.53%。
【总页数】6页(P78-82)
【作者】郭福森
【作者单位】厦门威迪思汽车设计服务有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82
【相关文献】
1.基于全局响应面法的电动轿车白车身多目标优化
2.基于试验设计和响应面建模的轿车白车身模态多目标优化
3.基于接头刚度优化的白车身模态优化
4.基于模态参
与因子的白车身动刚度优化5.基于模态参与因子的白车身动刚度优化
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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。
基于梁与接头灵敏度分析的白车身刚度模态优化作者：姚再起门永新李落星毛雪峰朱凌马芳武来源：《湖南大学学报·自然科学版》2017年第04期摘要：白车身结构显著影响整车性能，而车身框架是车身设计的基础.在某MPV车型概念设计阶段，通过参数化技术，快速将车身主要框架划分为梁和接头结构.分别局部刚化处理49处左右对称结构，分析各结构对扭转刚度、弯曲刚度、后部扭转模态影响的灵敏度.结果表明，D柱下段、顶盖后横梁、下地板后纵梁等结构的单位质量对扭转刚度贡献量超过5%；后地板横梁、前地板后纵梁、后地板纵梁等结构单位质量对弯曲刚度的贡献量超过4%.通过8处灵敏度较高的结构优化和厚度优化，同时对性能影响小的结构减薄、减件，结合工艺改进，实现白车身质量不增加，扭转刚度提高9.0%，弯曲刚度提高4.8%，后扭模态提高2.0%.关键词：参数化设计；灵敏度分析；结构刚化；接头；梁单元中图分类号：U463 文献标志码：AModal Optimization of Body-in-White Stiffness Based on Sensitivity Analysis of Beam and JointYAO Zaiqi1，2，3， MEN Yongxin3， LI Luoxing1，2， MAO Xuefeng4， ZHU Ling3，MA Fangwu5（1. College of Mechanical and Vehicle Engineering， Hunan University， Changsha 410082，China；2. State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body， Hunan University， Changsha 410082， China；3. Virtual Performance Development Division， Geely Automobile Research Institute，Hangzhou 311228， China；4. Shanghai Lanfan Technology， Shanghai 201108， China；5. College of Automotive Engineering， Jilin University， Changchun 130025， China）Abstract：It is known that Body-in-White （BIW） structure significantly influences the vehicle performance， and vehicle body is the basis for its design. In a PMV conceptual design phase， the main frame structure was quickly divided into several joints and beam elements by means of parameterization technique. 49 kinds of bilaterally symmetrical joints and beams were locally treatedas rigid. The sensitivity of torsional stiffness， bending stiffness， and rear torsional modal to each locked rigid structure was analyzed and ranked. The relative sensitivities of the structures， such as BEAM_D-PLR_LWR， BEAM_ROOF_RR， and RAIL_RR on the torsional stiffness were more than 5%， while the relative sensitivity of the structures， such as FLOOR_RR_CB_FRT，RAIL_CTR， and RAIL_RR on the bending stiffness was more than 4%. The torsional stiffness was increased by 9.0%， the bending stiffness was increased by 4.8%， and the rear torsional modal was increased by 2.0% by means of structure and thickness optimization， structural thinning and reduction， and processing improvement for sensitive structure. On the other hand， the mass of BIW was obviously not increased.Key words：parameterized design； sensitivity analysis； structure rigidization； joint； beam element现代汽车主要采用承载式车身结构，其白车身对整车刚度的贡献可达60 %以上[1]，因此车身具有足够刚度才可保证其装配和使用要求.由接头和梁结构组成的车身框架的截面形状和几何特性对白车身刚度性能影响尤为重要.在概念设计阶段研究接头、梁截面对车身刚度的影响，提出优化方案，有利于提升整车性能、提高概念设计精度、缩短汽车设计周期.邢子敬等[2]建立全参数化的概念车身模型，通过改变梁截面的方向和厚度来研究截面特性对车身刚度的影响；潘星辰等[3]在车身概念设计中对接头部件进行简化处理模拟；任山[4]截取现有车型的白车身主断面图并计算相关主断面的力学特性数据，通过简化模型静态性能的验证探讨该方法的可行性；李龙[5]基于梁截面参数的灵敏度，运用向量优化法对某些截面的截面特征参数进行优化，从而实现车身的轻量化.目前对概念车身分析所得的主要评价指标（如扭转刚度）与详细车身模型主要指标存在着较大差异，主要是由于简化车身模型的接头单元被设计成刚性结构，从而导致整车扭转刚度与真实实验数据不一致.在概念设计阶段，如采用参考车型的详细有限元模型，进行接头和梁结构划分，分析效率较低；且在研车结构将会有明显调整，分析结果难以真实反映设计车型的性能，不一定具有指导意义.传统灵敏度分析，多是在详细设计阶段以实际零件为分析单位，结构变化和修改空间已受到很大限制.零部件间存在复杂的连接关系，对于判断各零件几何形状对性能的影响有一定局限性.采用SFE-CONCEPT隐式参数化技术，可通过截面形状隐式参数化、结构拓扑关系隐式参数化以及通过映射关系定义车身各子模块间的复杂装配关系等方式实现车身模型的快速搭建.车身模型的几何形状可由IP点（影响点）位置、基线曲率和截面形状控制[6-9].任意改变其中一个参数，与之相关联的结构就会发生相应改变，同时又保持车身模型原有的拓扑关系和几何连续性.根据其建模特点，可方便实现不同梁单元、接头单元的属性和结构修改，进一步研究不同梁单元、接头单元对于整个白车身性能的影响.在车身设计早期即可提出合理方案，实现车身结构的性能提升和结构优化设计.本文在某款MPV （Multi-Purpose Vehicle）车型概念设计阶段建立SFE参数化模型.按其模型特点，对局部结构（梁单元、接头单元）分别进行刚化处理，研究其结构变化对整个白车身性能的影响，进一步采用有效的结构优化进行性能提升.1 模型构建及分析方法1.1 建立参数化模型在概念设计阶段，根据V0版下车身数据、外CAS面、上车身主断面及对标车接头数据，建立全参数化白车身概念模型，如图1所示.含玻璃的白车身质量为340.9 kg.白车身骨架主要由接头和梁单元组成.为了研究某对接头、梁结构对白车身刚度和模态的影响，对此局部结构进行刚化，考察其性能提升潜力.主要刚化处理14对侧围接头和14对侧围梁结构，21组地板、机舱和顶盖的梁结构.与原始模型一并形成50组对比分析模型.如B柱上接头刚化处理的有限元模型如图2所示.所提取的梁单元和接头单元的总质量达220.0 kg.侧围各结构是按照SFE建模原则的截面切取（包括外覆盖件部分）.对于地板、机舱、顶盖梁单元是在生成的有限元模型中选取相关零件（不包括外覆盖件）.文中所研究的梁结构、接头结构，均称之为“结构”.1.2 刚度模态分析方法白车身模型包括焊接车身、前后风窗玻璃、前后防撞梁.扭转刚度计算公式为：式中： Kt为扭转刚度（N·m/deg）； T为扭矩（N·m）；α为相对扭转角度（deg）.弯曲刚度计算公式为：式中： Kf为弯曲刚度（N/mm）； F为施加载荷； D为门槛下部边缘的最大-Z向位移.对于MPV车身，后部扭转模态是车身模态性能的最重要的衡量指标.1.3 灵敏度分析方法结构灵敏度定义为相对于原始模型，将某一对结构刚化处理后，考察性能提升的百分比.相对灵敏度定义为将结构对性能影响的百分比除以刚化结构本身质量所得的百分比值.质量贡献因子为某方案调整引起的质量变化百分比.性能贡献因子为某方案调整引起性能变化的百分比.2 分析结果2.1 结构对性能的影响按照结构对扭转刚度、弯曲刚度和后扭模态性能的影响程度，将刚化区域分类划分，如图3所示.图中所示的结构影响总图并非是同一模型的不同部分，而是表示若将此结构刚化处理后，其对整个白车身性能影响程度的示意图.结构刚化对扭转刚度性能提升影响前3位的结构分别是后地板纵梁、前地板后纵梁和B柱，相对于原始模型，扭转刚度增加百分比分别是46.69%，35.69%和24.98%；结构刚化对弯曲刚度影响前3位的结构是前地板后纵梁、后地板纵梁和后地板横梁，增加的百分比分别是58.24%，29.78%和15.70%；结构刚化对后部扭转模态影响前3位的结构是D柱上接头、D柱下接头和D柱下段，后部扭转模态增加的百分比分别是34.81%，17.87%和12.66%.2.2 结构的单位质量对性能的影响按照刚化结构的单位质量对扭转刚度、弯曲刚度和后扭模态性能的影响程度，即性能相对灵敏度，将刚化区域分类划分，如图4所示.刚化结构的单位质量对扭转刚度性能提升影响前3位是D柱下段、顶盖后横梁和后地板纵梁，扭转刚度性能增加百分比分别是5.20%，5.11%和5.11%；刚化结构单位质量对弯曲刚度影响前3位是后地板横梁、前地板后纵梁和后地板纵梁，弯曲刚度增加的百分比分别是4.23%，4.21%和3.26%；刚化结构的单位质量对后部扭转模态影响前3位是D柱下段、D柱上接头和D柱上段，后部扭转模态增加的百分比分别是6.54%，6.45%和4.70%.3 讨论及结构性能优化3.1 结构对NVH综合性能的影响为近似评估各结构对MPV车型的扭转刚度、弯曲刚度和后部扭转模态3个重要性能的综合效果，进一步提出具体零部件结构优化方案，对3种性能的结构灵敏度值和相对灵敏度值分别求取均方根值.综合性能灵敏度前10位结构如图5（a）和图5（b）所示.除了结构位置等，零件尺寸、质量也是影响性能的主要因素，反映接头的重要程度.为消除质量影响，结构灵敏度数值除以结构质量，得出单位质量的相对灵敏度分析结果，准确反映结构和厚度优化的必要性.综合性能相对灵敏度排名前10位的结构如图5（c）和图5（d）所示.3.2 优化方案及性能验证优化截面参数提高白车身综合性能，可通过改变截面的几何结构和材料厚度等级等方面来实现.在设计空间、总布置、造型允许的前提下尽可能采用结构优化；若几何结构已确定，对于敏感性较高的结构通过增加厚度提高性能；对于敏感性较低的结构，可适当减少厚度，达到轻量化目的.如涉及到结构耐撞性、强度等要求，可通过适当提高材料等级、改变加工工艺等方法解决.考虑生产工艺，优化方案是按照概念阶段的梁、接头结构分析的指向性，对具体零件进行优化，而不是按照SFE建模方式切取的接头和梁单元进行.3.2.1 基于截面的优化方案关键截面的特性参数包括截面材料使用面积S，截面惯性矩Iy，Iz，截面扭转常量Tj，截面所包围的总面积A等.其中，如D柱上段外造型与内造型相对确定，不可做尺寸调整，在工艺允许的前提下，不改变拓扑关系，改变内板的位置实现其截面惯性矩的改变.将加强板向外侧移动如图6所示.截面惯性矩Iy由6.071×106 mm4增加到6.102×106 mm4，截面惯性矩Iz由2.964×106 mm4增加到3.018×106 mm4.结构质量基本保持不变，白车身弯曲刚度提升达0.54%.在前后地板纵梁满足装配关系的前提下，纵梁变宽10 mm，显著提高截面惯性矩.灵敏度分析表明，C柱下段（Dog-leg）结构较弱，但由于涉及到外造型和工艺要求，无法局部加强，而后硬点、纵梁与侧围只有覆盖件相连，刚度存在不连续.左右两侧增加Lionfoot 加强件，如图7所示.加强件明显补偿了C柱下段偏弱的问题，形成载荷传递路径，扭转刚度明显改善达3.70%.3.2.2 基于厚度的优化方案由于安装尾灯需要，D柱下段截面比相邻结构明显偏弱，但截面尺寸无法调整，通过局部增加零件厚度明显提高局部刚度，如图8所示，整车质量增加0.06%，扭转刚度增加0.66%，弯曲刚度增加0.41%，达到最优综合性能提升效果.根据灵敏度分析结果，将后地板中横梁（与后悬对应的横梁）厚度增加0.2 mm，顶盖后横梁、后地板尾部横梁厚度增加0.2 mm，均达到显著提升效果.而Shotgun结构、水箱框架等厚度对于性能影响较小，做减薄优化，材料等级适当提高.分析和优化结果表明，加强纵梁结构以及后背门框结构对综合性能有显著提升.3.2.3 基于工艺的优化方案对灵敏度较低的结构可采用轻量化设计方案.在材料厚度变化时，首先按照等强度理论，做近似计算，采用高强度材料代替较低强度材料，在满足NVH性能、轻量化前提下，同时满足碰撞安全性能.原方案前横梁由340/590DP厚度为2.0 mm辊压成型前横梁结构改进为1 500 MPa级别的单板结构22MnB5热冲压成形前横梁，如图9所示.经100%正面碰撞、40%正面偏置碰撞仿真分析，在提高结构耐撞性的同时，质量减轻1.7 kg，同时不影响NVH性能.3.3 综合优化方案单个方案对结构的影响及综合效果如表1所示，表明了灵敏度分析的有效性.由于局部结构调整对于后部扭转模态影响规律不明显，且具有交互作用，所以未做单独统计.加强纵梁RAIL_CTR_RR结构和增加Lionfoot结构，对弯曲和扭转刚度贡献突出.综合各种方案，白车身在整体质量不增加的前提下，性能明显改善，扭转刚度上升9.00%，弯曲刚度上升4.80%，后扭模态提升2.04%.4 结论车身框架的刚度、模态是车身的基本性能.1）早期概念设计阶段，基于参数化模型，分别刚化梁、接头结构，分析其对性能影响，有效判断结构对性能的灵敏度，指导性能提升和轻量化设计.2）对扭转刚度相对灵敏度影响较大的结构是D柱下段、顶盖后横梁、下地板后纵梁等；对弯曲刚度影响较大的是后地板横梁、前地板后纵梁、后地板纵梁等；后背门框结构对后部扭转模态影响较大.3）根据刚度、模态灵敏度分析，考虑工艺可行性、结构耐撞性等因素，进行结构优化.白车身保持质量不增加，扭转刚度上升9.00%，弯曲刚度上升4.80%，后扭模态提升2.04%.参考文献[1] TAKAMATSU M， FUJITA H， INOUE H， et al. 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