白车身扭转刚度

基于灵敏度方法的白车身扭转刚度提升研究王小留【摘要】白车身扭转刚度是车身性能非常重要的指标之一,对整车的耐久性,舒适性和操稳性有着直接的影响.一般情况下,白车身扭转刚度与车身结构、型腔断面和材料厚度有着直接关系.文章在某车型车身结构和型腔断面受限的情况下,采用重量灵敏度分析的方法提升白车身扭转刚度,总结出两条重量灵敏度随零件料厚变化的规律,研究了如何合理分配料厚来提升白车身扭转刚度.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(044)009【总页数】4页(P40-43)【关键词】扭转刚度;材料厚度;灵敏度分析【作者】王小留【作者单位】上海汽车集团股份有限公司乘用车公司技术中心,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】U467.1前言随着汽车的发展，汽车已经不仅仅是一个代步工具，人们对汽车的性能以及安全舒适性提出越来越高的要求。

白车身扭转刚度是整车刚度的基础，其对整车的 NVH 性能，碰撞安全性能都有着直接的关系。

整车刚度不足，会导致整车的模态频率偏低，从而会导致汽车在行驶过程中容易因外界的低频激励引起共振，产生大幅度的振动与噪音。

整车刚度不足也会导致汽车在行驶过程中产生大的变形，所以提升白车身扭转刚度对整车性能具有重要意义。

白车身扭转刚度的高低主要受车身结构、型腔断面和材料厚度的影响。

一般情况下，优先通过优化车身结构和型腔断面来提升白车身扭转刚度。

而往往车身结构和型腔断面受造型风格，人机布置等限制，有时某些车型在造型风格和人机布置上会严重限制车身结构形式和型腔断面的大小，这些车型往往在优化完车身结构和型腔断面的情况下，白车身扭转刚度往往难以满足整车的性能要求，这时需要通过采用新材料新工艺或通过合理增加材料厚度的方式来提升白车身扭转刚度，本文主要介绍后者，即通过重量灵敏度分析的方法，合理分配和改变材料料厚来高效提升白车身扭转刚度。

1 白车身扭转刚度仿真方法白车身扭转刚度仿真方法是通过约束白车身的后端，下图1所示，在白车身前端的减震塔处施加扭转载荷进行评估。

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。

车身弯曲及扭转刚度目标值确定方法探讨在汽车的设计生产过程中，车身刚性是非常重要的评判指标与设计基础。

一辆汽车想要具有良好的操作稳定性能，良好的车身刚性是基础。

车身刚性并不是直接提升车辆的操作稳定性能，但却是汽车相关性能调校的基础。

若汽车的刚性太差，车身就会吸收一部分能量发生形变，最终将会出现转向问题或行走线路达不到预期等情况，或者给人感觉整车松散，从而影响车辆的操作稳定性。

白车身刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度。

弯曲刚度可用车身在垂直载荷作用下产生的挠度大小来描述，扭转刚度可以用车身在扭转载荷作用下产生的扭转角大小来描述。

车身弯曲及扭转刚度的加载方法、计算方法及结果评价方法等多种多样，每个企业也有不同的要求。

本期我们重点探讨车身弯曲刚度及扭转刚度目标值的制定方法。

一、车身刚度目标的来源车身刚度目标来源有不同的出处，通过查找相关文献其主要有以下：1、Bending Stiffness Requirement：The feeling of solidness as the vehicle drives over road irregularities. Solidness is a subjective feeling that the ve hicle is “well put together”, “vault-like”, and not “loose” or “shaky”. This subjective feel has been correlated to engineering parameters; one of the more significant is body vibration resonance.2、Torsional Stiffness Requirement：To ensure good handling properties, the body should be torsionally stiff relative to the suspension stiffness.To ensure a solid structural feel and minimize relative deformations which result in squeaks and rattles. This is related to the fundamental natural frequency of the body twisting mode.3、总结以上两点，即车身弯曲刚度目标来源主要是整车弯曲模态，扭转刚度目标来源主要是操纵稳定性和整车扭转模态。

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。

白车身弯曲刚度分析规范前言本标准是为指导白车身的弯曲刚度分析而建立的，目的是通过其规范白车身弯曲刚度分析流程，并提高分析的一致性。

本规范是在过往分析应用的基础上总结形成。

本标准在内容和格式的编排上，符合产品开发体系版式标准的要求。

白车身弯曲刚度分析规范1 范围本标准规定了白车身加载边界条件和、结果的处理和评价方法。

本标准适用于乘用车、部分商用车白车身弯曲分析。

本标准不适用于重型卡车、皮卡类车型。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

无3 术语和定义3.1.本规范中的BIW是指焊接车身的本体部分，不包含通过螺栓装配在车身本体上的部分（车门、发动机罩、行李箱盖以及需要螺栓连接的翼子板、仪表板支持横梁以及焊接在车身上的固定铰链），如图1所示。

图1 BIW示意图3.2.BIP带前挡风玻璃的白车身（在白车身弯曲刚度分析中需要考虑前挡风框变形率时使用不带玻璃的白车身模型，其余窗框变形率使用带玻璃的白车身模型）。

4 白车身弯曲刚度分析4.1加载如图2所示，找出纵梁上位于前后约束在X向的中点位置，用rbe2抓取此位置对应地板上面100*100mm的区域，左右分别加载-Z 向1000N 。

图2 白车身弯曲刚度分析边界示意4.2 约束如图2所示，采用对称约束方式，左后悬反冲块123，约束右后悬反冲块13，左前悬反冲块23，右前悬反冲块3，其中反冲块区域应变rbe2抓取100*100mm 范围内的节点。

4.3 结果后处理4.3.1 刚度值由载荷作用线作一竖直方向的平面与左、右中纵梁底面相交，其与左、右中纵梁底面中线的交点为测量点，测量左侧交点沿Z 向的位移量ΔZ1 和右侧交点沿Z 向的位移量ΔZ2，计算出平均值Δ和刚度值K ，记录于表1 所示的表格中。

白车身扭转刚度分析与优化
罗伟;周定陆
【期刊名称】《计算机辅助工程》
【年(卷),期】2006(015)0z1
【摘要】对某白车身建立有限元模,利用MSC Nastran软件进行扭转刚度和模态分析,在此基础上以车身重量为优化目标,在满足扭转刚度要求的条件下对零件厚度进行敏感度分析和优化分析,得到了符合设计要求的改进方案.
【总页数】3页(P222-224)
【作者】罗伟;周定陆
【作者单位】长安汽车股份有限公司,重庆,400060;长安汽车股份有限公司,重庆,400060
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.基于弯曲刚度和扭转刚度的白车身优化分析 [J], 王志亮;刘波;马莎莎;曹洪娜
2.SUV白车身扭转刚度的分析与优化 [J], 熊辉;方军;袁堂福;肖锋;
3.SUV白车身扭转刚度的分析与优化 [J], 熊辉;方军;袁堂福;肖锋
4.基于灵敏度分析的白车身扭转刚度优化 [J], 郑孟;李阳;郝海舟;张健
5.基于有限元分析的某重卡白车身扭转刚度优化设计 [J], Zhao Zhen;Shan Changzhou;Wang Xiangting
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1.前言随着我国汽车工业的飞速发展,汽车保有量也是逐年上升。

轿车开始走进越来越多的普通家庭,对其安全性、舒适性等方面已成为人们关注的焦点。

车身刚度作为车身结构方面一个不可获缺的参数,汽车生产企业对它的研究已经贯穿于车身结构设计的全过程。

现代轿车大多采用承载式车身结构,几乎承载了轿车使用过程中的各种载荷,主要包括扭转、弯曲、碰撞载荷等。

车身刚度的不合理,将直接影响到轿车的安全性、可靠性、操作稳定性、NVH 性能、燃油经济性等等关键指标。

对于现代轿车车身结构设计而言,可以说,没有车身刚度的分析,就没有成功的现代轿车车身结构设计,也就没有成功的轿车产生。

2.轿车白车身刚度的试验方法介绍国外对轿车车身刚度分析已经比较成熟,国外近几年的文章对轿车的白车身及其组件对整车的刚度的贡献做了分析,其中白车身的贡献达到60%以上[1],详见图1所示。

图1轿车白车身对整车刚度的影响通常情况下,轿车车身的总体刚度是指轿车车身整体刚度,它是轿车在各种典型受载情况下的一种综合性能的反应,不能用一个简单的数值来表示,一般均以沿车身纵向的载荷与变形分布关系表达。

但是为了使用和比较上的方便,也可以在某些假设条件下,求得轿车白车身刚度的特殊表达式[2]。

试验过程中,将轿车的车身按照使用过程中的约束条件和载荷条件进行模拟工况,采用相关试验设备进行测量,根据已知的特殊表达式,得出轿车白车身的刚度值。

2.1白车身扭转刚度的测量白车身未装前后挡风玻璃、四门两盖,通过加力装置在车身前减震器支撑点施加扭矩,约束形式如下图2所示。

图2轿车车身扭转刚度测量约束形式示意图位移传感器布置在车身底部,前、后纵梁以及门槛梁上。

通过垂直的位移传感器,测得各测点的垂直位移量。

经过换算处理后得出所在车身横断面上的扭转角变形量,从而绘制出扭转角变形图。

轿车白车身的扭转刚度是沿车身纵向分布的,为了方便分析,假定轿车白车身是一个具有均匀扭转刚度的杆体,可以得到轿车白车身平均扭转刚度的计算公式:GJ=πM T180φ其中:GJ ———轿车车身扭转刚度(单位:N m 2/rad )M T ———轿车车身的扭转载荷(单位:N m)φ———轿车车身在扭转工况下的前后轴相对扭转角弧度(单位:rad )轿车车身底部两侧的测点绕车身纵向的扭转角,沿车身纵向分布的曲线可以看出扭转刚度沿车身纵向的分布,是评价车身扭转刚度的重要依据。

BIP车身扭转刚度分析规范编号：LP-RD-RF-0001 文件密级：机密BIP车身扭转刚度分析规范V1.0编制：日期：编制日期审核/会签日期批准日期BIP车身扭转刚度分析规范修订页编制/修订原因说明：首次编制原章节号现章节号修订内容说明备注编制/修订部门/人参加评审部门/人修订记录：版本号提出部门/人修订人审核人批准人实施日期备注目录1 简介 (2)1.1分析背景和目的 (2)1.2软硬件需求 (2)软件 (2)硬件 (2)1.3分析数据参数需求 (2)1.4分析的时间节点 (2)2 模型前处理 (2)2.1模型准备 (2)2.2模型检查 (3)2.3模型处理 (3)2.4约束及载荷 (4)3 有限元分析步骤 (5)3.1 分析步设定 (5)3.2 分析文件输出 (5)4 分析结果处理及评价 (5)4.1分析结果查看 (5)4.2评价指标 (5)5 附录 (6)BIP车身扭转刚度分析规范1 简介1.1分析背景和目的车身的扭转刚度和弯曲刚度是评价汽车性能重要标准之一，也是车身在实际使用中经常遇到的工况。

作为汽车的骨架，车身必须具有出色的扭转刚度、弯曲刚度特性，给安装在车身上的各个汽车零部件系统提供可靠、稳定的支撑，避免出现过大的振动和噪声。

车身是连接前后悬架的桥梁，车身的扭转刚度、弯曲刚度会影响整车对驾驶员操控指令的响应时间，良好的车身扭转刚度、弯曲刚度会使响应时间更为快捷，给乘客以舒适、可靠的驾驶感觉。

1.2软硬件需求软件前处理：Altair Hypermesh；后处理：Altair Hyperview；求解器：MSC Nastran 101；硬件前、后处理：HP或DELL工作站；求解：HP服务器、HP或DELL工作站。

1.3分析数据参数需求本流程内的白车身指带有前后保险杠横梁和前后风挡玻璃的车身金属骨架。

如果车身侧围开有小窗，且小窗玻璃和车身用胶粘连，这部分窗玻璃也应包含在内。

如果副车架与车身刚性连接（副车架与车身连接处没有胶套），或者有其它通过螺栓连接的用于提高车身刚度的零部件（如动力电池），也应包含在本流程定义的白车身概念内。