某轻客白车身刚度灵敏度分析与优化

对 白车 身 进 行 单 元 离散 ，为 保 证 仿 真精 度 单 元 的 平均 尺寸 设置 为 １ ０ ｍｍ，辅 以 少量 的三 角形 单 元以
满 足高 质 量 网格 的过 度 需 要 ，但 三 角形 单 元 要 控 制在 ６ ％以 内。该 车 的连 接 方式 主 要是 螺 栓连 接 和 焊接 。螺栓 连接 采 用与 螺栓 直 径相 同的Ｂ ａ ｒ 单元 模 拟 ，点焊 采用Ｃ ｗｅ ｌ ｄ 单 元模 拟 ，二 氧化 碳保 护焊 采 用Ｒ ｂ ｅ ３ 单元 模拟 。规 定 整车 的纵 向 向后 为Ｙ轴正 方 向 ，整车横 向向右 为Ｘ轴 正方 向，整车 向上 方 向
为Ｚ 轴 正 方 向 。搭 建 好 的 该车 有 限 元 模型 如 图 １ 所
不 。
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
Ｆ ＥＮＧ Ｌ ａ ｎ ． ｆ ａ ｎ ｇ， Ｗ ＡＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ — ｘ ｉ ａ ｏ， ＨＵＩ Ｙ ａ ｈ — ｂ ｏ， Ｘｌ Ａ Ｚｈ ａ ｏ — Ｙ ｉ
（ 河南工业大学 先进制造研究所 ，郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ７ ）
摘 要 ：在 白车身开发早期阶段 ，运用有限元仿真分析方法 ，在Ｎ ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ 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 ２ Ｋ ８ ， 有效的控制 了分 析与优化 时间 ， 给车身的设计提供了指导。 关键词 ： 白车身 ；弯曲刚度 ；扭转 刚度 ；灵敏度 ； 优化 中图分类号 ：Ｕ ４ ６ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ （ 下） 一０ １ ０ ２ －０ ４
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
Ｉ
匐 出
某轻客 白车身刚度灵敏度分析与优化
Ｓｅｎ ｓｉ ｔ ｉ ｖｉ ｔ ｙ ａｎａｌ ｙｓ ｉ ｓ ａｎｄ ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａｔ ｉ ｏｎ ｆ ｏｒ ｌ ｉ ｇｈｔ － ｂｕ ｓ Ｂ＿ Ｗ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎｅｓ ｓ
冯兰芳，王宏晓，惠延波，夏兆义
究就 比较 重要和 实 各 种 不 同 材 料 不 同 厚 度
的 钣 金 构 成 ， 本 次 设 计 主 要 选 用 由 宝 钢 生 产 的
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
ＤＣ ０ １ ，Ｄ Ｃ０ ３ ，ＤＣ ０ ６ 等材 料 ，这些 材 料都 具 有较 好 的 塑性 ，具 体 参 数 见表 １ 。建 立 好 的 白车 身 重
量为４ ２ ０ ｋ ｇ ， 本 次 设 计 要 求 白车 身 的 质量 限制 在
象 ，基 于该公 司产 品设 计 部 门提 供 的整 车 Ｃ ＡＤ模 型 ，在 Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ 中对 其 进 行 有限 元 建 模 ，运 用
４ ３ ０ ｋ ｇ 以内 ，在满 足 刚度 要求 的前 提下 ， 白车 身 质 量 越低越 好 。
Ｎａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ２ ０ ０ 中进 行 灵敏 度优 化分 析 。最 后使 该轻 客
白车 身在达 到 刚度 目标值情 况下 质量 最小 。
１ 有 限元模 型的建立
由于 整 车 是 由一 系列 薄 壁 件 构 成 的 组 合 件 ，
Ｏ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ （ 下） ． ２ ９
０ 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
［ １ ０ ２ ］ 第３ ５ 卷 第５ 期 ２ ０ １ ３ — ０ ５ （ 下）
白 车 身 扭 转 刚 度 模 型 测 量 点 的 位 移 分 别 为 １ ． ５ ３ ｍｉ ｎ和 一 １ ． ５ ８ Ｉ Ｔ Ｉ ｍ 。 两 测 量 点 间 的 距 离 为
大 型 有 限元 求 解 器Ｎａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ 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
图 １ 横 向稳 定 杆 Ｃ Ａ Ｄ模 型
在ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ 的ｎ ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ 模 板 下 采 用Ｑｕ ａ ｄ ４ 板 桥单 元
收稿 日期：２ ０ １ ３ 一 Ｏ ｌ 一 ２ １ 基金项 目：基于逆 向工程的汽车 车身优化设计关键技术 （ １ １ ２ １ ０ ２ ２ １ ０ ４ ７ ０ ） 作者简介：冯兰芳 （ １ ９ ６ ３一），女 ，江西南 昌人，副 教授 ，本科 ，研究方向为先进制造技 术、反求工程及数字化工程 。