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
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BIP车身扭转刚度分析规范
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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。
1.4分析的时间节点
本分析在车型项目开发TR2-TR4节点之间进行。
2 模型前处理
2.1模型准备
导入白车身有限元模型，前副车架模型，动力电池模型并通过RBE2进行连接。网格划分细则，请参阅《CAE分析共用模型建模指南》。
2.2模型检查
建立materials属性卡片，为各个组件赋上材料属性，详细检查确保模型正确，主要检查内容如下：
（1）检查重复单元，带自由端单元，网格是否满足质量要求；
（2）检查焊点、焊缝等连接有无缺失或漏焊；
（3）检查各连接处理是否正确，关键部位尽量采用四边形网格，模型检查规范细则请参阅《CAE 分析共用模型建模指南》。
2.3模型处理
有关建模的详细要求应遵循《CAE分析共用模型建模指南》。对于约束和加载的关键部位，应重点关注：
图2-1前防撞梁中心点
如图2-1所示，前防撞梁中间位置抓取RBE2，确保RBE2主动点Y项坐标为0，约束RBE2主动点Z向自由度。
图2-2前减震器安装点
如图2-2所示，以减震器衬套与减震器安装板所有接触区域节点抓取RBE2，RBE2主动点坐标为减震器衬套硬点坐标。
SPC3
图2-3后减震器安装点
如图2-3所示，以后减震器衬套硬点坐标为主动点，后减震器安装螺接区域节点为从动点抓取RBE2。
2.4约束及载荷
本规范仅定义了承载式白车身的扭转刚度的约束和加载方式，非承载式车身及车架扭转刚度考核不能使用本规范。约束及加载方法如下图2-4所示。
2.4.1约束方法
约束白车身前保险杠中间处，保证约束点的Y坐标的值为零，约束该点的Z向平动自由度；
约束白车身后减震器左侧安装点XYZ三向平动自由度及后减震器右侧安装点XZ两向平动自由度。
2.4.2加载方法
在左前、右前减震塔中心沿Z向施加相反的两个集中载荷F，使其产生1354Nm扭矩。（M=F*L，M为所施加扭矩，F为减震器中心塔所施加载荷，L为左、右减震器塔中心点间距）
图2-4 BIP车身扭转刚度约束、加载方法
3 有限元分析步骤
3.1 分析步设定
求解器：NASTRAN,SOL=101； 控制参数：POST ，-1； seall=all super=all echo=none
输出内容：Displacement Stress 。 3.2 分析文件输出
创建完上述所有载荷步之后，将整个分析模型输出到Nastran 面板下的bdf 格式文件。然后将bdf 文件提交Nastran 求解器上求解，得到包含计算结果的信息的“*.op2”文件。
4 分析结果处理及评价
4.1分析结果查看
提取前减震塔两个加载点处的垂向位移z1和z2，并按(4-1)式计算出BIP 车身扭转刚度。
(
)[]L
z z FL
K t /tan 211+=
- (4-1)
式中：
Kt ——BIP 车身扭转刚度(Nm/deg)； F ——施加在BIP 车身上的垂直载荷（N ）； L ——前减震塔两加载点之间的距离（m ）； z1——前左减震塔加载点垂直位移（m ）； z2——前右减震塔加载点垂直位移（m ）。 4.2评价指标
一般要求轿车BIP 车身扭转刚度大于18000 Nm/deg 。
5 附录
图5-1 BIP车身扭转刚度位移云图
图5-2 BIP车身扭转刚度应变能云图
数据来源是国外媒体给出的静态抗扭刚度评测 欧洲很多车都有，可惜日系的只有马自达一家有，韩国和国产的数据没有，不过记得千张还是文说过G6的是20000。。。 Alfa Romeo 159 31,400# Alfa Romeo Spider 11,200 to 13,000# (depending on the roof opened or closed) Aston Martin DB9 Convertible 15,500# Aston Martin DB9 Coupe 27,000# Audi A2 11,900# Audi A8 25,000# Audi TT 10,000# (22Hz) Audi TT Coupe 19,000# Audi TT Coupe(2007) 28,500# Bentley Continental GTC Dyna. 30Hz (an incredible figure for a convertible) BMW 7 series 35,000# BMW E36 Touring 10,900# BMW E36 Z3 5,600# BMW E46 Convertible 10,500# BMW E46 Coupe (w/folding seats) 12,500# BMW E46 Sedan (w/folding seats) 13,000# BMW E46 Sedan (w/o folding seats) 18,000# BMW E46 Wagon (w/folding seats) 14,000# BMW E90 25% higher than E46 BMW New X5 27,000# (Mixed Material Concept) BMW X5 23,500# BMW Z4 14,500# (Dyna. 21Hz) BMW Z4M Coupe 32,000# (all contributed by the fixed metal roof) BMW Z4M Roadster 16,000# Chevrolet Cobalt Dyna. 28 Hz Chrysler Crossfire 2007 20,140# (exceptionally) Chrysler Durango 6,800# Chrysler LX sedan 17,897# Chrysler Sebring 2007 24,275# Current F1 cars 15,000 - 40,000# Dodge Neon 6,000# Dodge Viper Coupe 7,600# Ferrari 355 10,035# (bending: 727 kg/mm) Ferrari 360 14,445# (bending: 1,032 kg/mm) Ferrari 360 Modena ~21,680 - 23,000# Ferrari 360 Modena Spider ~13,008 - 13,800# Ferrari 360 Spider 8,500# Ferrari 430 17,334# Ferrari 430 ~26,016 - 27,600#
41 一、 传动轴如图19-5（a ）所示。主动轮A 输入功率kW N A 75.36=，从动轮D C B 、、输出功率分别为kW N kW N N D C B 7.14,11===，轴的转速为n =300r/min 。试画出轴的扭矩图。 解 （1）计算外力偶矩：由于给出功率以kW 为单位，根据（19-1）式： 1170300 75 .3695509550=?==n N M A A (N ·m ) 351300 11 95509550=?===n N M M B C B (N ·m ) 468300 7 .1495509550=?==n N M D D (N ·m ) （2）计算扭矩：由图知，外力偶矩的作用位置将轴分为三段：AD CA BC 、、。现分别在各段中任取一横截面，也就是用截面法，根据平衡条件计算其扭矩。 BC 段：以1n M 表示截面Ⅰ－Ⅰ上的扭矩，并任意地把1n M 的方向假设为图19-5（b ）所示。根据平衡条件0=∑x m 得： 01=+B n M M 3511-=-=B n M M (N ·m ) 结果的负号说明实际扭矩的方向与所设的相反，应为负扭矩。BC 段内各截面上的扭矩不变，均为351N ·m 。所以这一段内扭矩图为一水平线。同理，在CA 段内： M n Ⅱ＋0=+B C M M Ⅱn M = －B C M M -= －702(N ·m ) AD 段：0=D n M M －Ⅲ 468==D n M M Ⅲ(N ·m ) 根据所得数据，即可画出扭矩图[图19－5（e ）]。由扭矩图可知，最大扭矩发生在CA 段内，且702max =n M N ·m 二、 如图19-15所示汽车传动轴AB ，由45号钢无缝钢管制成，该轴的外径 (a ) (c ) C B m (d ) (e ) 图19-5 (b )
第5章扭转 5.1 扭转的概念及外力偶矩的计算 5.1.1、扭转的概念 在工程实际中，有很多以扭转变形为主的杆件。例如图示 5.1，常用的螺丝刀拧螺钉。 图5.1 图示5.2，用手电钻钻孔，螺丝刀杆和钻头都是受扭的杆件。 图5.2 图示5.3，载重汽车的传动轴。 图5.3 图示5.4，挖掘机的传动轴。 图5.4 图5.5所示，雨蓬由雨蓬梁和雨蓬板组成（图5.5a），雨蓬梁每米的长度上承受由雨蓬板传来均布力矩，根据平衡条件，雨蓬梁嵌固的两端必然产生大小相等、方向相反的反力矩（图5.5b），雨蓬梁处于受扭状态。 图5.5 分析以上受扭杆件的特点，作用于垂直杆轴平面内的力偶使杆引起的变形，称扭转变形。变形后杆件各横截面之间绕杆轴线相对转动了一个角度，称为扭转角，用 表示，如图5.6所示。以扭转变形为主要变形的直杆称为轴。 图5.6
本章着重讨论圆截面杆的扭转应力和变形计算。 5.1.2、外力偶矩的计算 工程中常用的传动轴（图）是通过转动传递动力的构件，其外力偶矩一般不是直接给出的，通常已知轴所传递的功率和轴的转速。根据理论力学中的公式，可导出外力偶矩、功率和转速之间的关系为： n N m 9550= （5.1） 式中 m----作用在轴上的外力偶矩，单位为m N ?； N-----轴传递的功率，单位为kW ； n------轴的转速，单位为r/min 。 图5.7 5.2 圆轴扭转时横截面上的内力及扭矩图 5.2.1 扭矩 已知受扭圆轴外力偶矩，可以利用截面法求任意横截面的内力。图5.8a 为受扭圆轴，设外力偶矩为e M ，求距A 端为x 的任意截面n m -上的内力。假设在n m -截面将圆轴截开，取左部分为研究对象（图5.8b ），由平衡条件0=∑x M ，得内力偶矩T 和外力偶矩e M 的关系 内力偶矩T 称为扭矩。 扭矩的正负号规定为：自截面的外法线向截面看，逆时针转向为正，顺时针转向为负。 图5.8 图示5.8的b 和c ，从同一截面截出的扭矩均为正号。扭矩的单位是m N ?或m kN ?。 5.2.2 扭矩图 为了清楚地表示扭矩沿轴线变化的规律，以便于确定危险截面，常用与轴线平行的x 坐标表示横截面的位置，以与之垂直的坐标表示相应横截面的扭矩，把计算结果按比例绘在图上，
基于灵敏度分析的轿车白车身刚度改进研究 1 前言 轿车白车身刚度是现代轿车结构分析的重点关注部分，一方面，现代轿车大多采用承载式车身，研究表明这种结构的白车身刚度对整车刚度的贡献高达60%以上[1]；另一方面，白车身刚度也是评价车辆设计可靠性和整车安全性能等的重要指标。因此，轿车白车身刚度的研究对整车开发过程有着至关重要的意义。 国外许多学者对白车身刚度进行了大量的研究，如文献[1-3]中都针对有限元分析和灵敏度分析在结构设计和改进阶段的应用进行了系统而深入的研究。近年来，也有诸多国内学者对灵敏度分析在白车身结构优化方面的应用进行了研究，如高云凯等人基于车身的灵敏度分析，对灵敏部件的板厚修改，从而使白车身的强度和刚度性能得到显著提高[4]；刘显贵等人在刚度灵敏度分析的基础上，利用均匀设计法设计优化实验，对车身结构和刚度性能进行了优化[5]。但是，轿车白车身刚度的提升方法基本都还是以零件的厚度变化为主。 高刚度、轻量化成为当今汽车设计追求的指标[6]。显然，仅依靠增加零件厚度来提升白车身弯曲和扭转刚度是与此背道而驰的。而且，研究表明在车身的结构设计中，增加部件的厚度并不一定能够提高白车身的刚度[7]。为此，本文以灵敏度分析为基础，研究各零部件对白车身刚度的贡献量，以确定白车身骨架结构的薄弱环节，并对其结构进行改进，从而有效提升白车身刚度。 2 白车身刚度计算 2.1 有限元模型 本文选择合适的有限元单元类型，对某具体轿车白车身进行简化和数学离散，然后赋予车身结构合适的材料属性，从而建立其有限元模型。其中，分析模型单元数为473430个，包括四边形单元451627个，三角形单元21803个，焊点数为4085个；所赋予的材料属性：弹性模量E 为2.1×105MPa，泊松比μ为0.3，材料密度ρ为7.8×10-9T/mm3。轿车白车身有限元模型如图1所示。
轿车白车身模态和静刚度的试验和ＣＡＥ 东南（福建）汽车工业有限公司研发中心蔡坚勇宋名洋 ［摘要］本文介绍利用ＡＩｔａｉｒ／ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件创建某紧凑型轿车白车身有限元模型，运用ＭＳＣ／Ｎａｓｔｒａｎ软件求解白车身结构的固有模态、静态弯曲刚度和扭转刚度。介绍相关试验方法，并把试验值和ＣＡＥ分析值进行比较。验证了ＣＡＥ分析模型的有效性，认为该车型车身具有较好的动态特性和静态扭转刚度。 ［关键词］白车身；模态；弯曲刚度；扭转刚度 当前，ＣＡＥ（计算机辅助工程分析）技术已经成熟，在国外大型汽车企业中得到了广泛应用，在我国一些大型汽车企业为了提升自主研发能力。已将ＣＡＥ技术应用到新车型研发中，且获得了良好的效果。本文分别利用试验方法和ＣＡＥ分析方法求解某紧凑型轿车白车身的模态、静态刚度值，并把试验值和ＣＡＥ分析值进行比较，验证了ＣＡＥ分析值的可靠性。 １白车身ＣＡＥ模型创建 该车轴距２５ｌＯｍｍ．前轮距ｌ４７２ｍｍ。后轮距１４６５ｍｍ。采用Ａｌｔａｉｒ／ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件创建白车身ＣＡＥ模型，钣金件用壳单元模拟，共有４４４０３１个，其中三三角形壳单元１４１２４个．占３．２％，单元尺寸５～１５ｍｍ，粘胶和焊点采用实体单元模拟，共５１９５个。烧焊和螺栓采用刚性单元模拟。单元质缱符合企业给定标准。为减少ＣＡＥ建模的工作耸．采用同一个白车身ＣＡＥ模型进行以上所有工况分析。材料属性南企业提供的参数设置，见表１。白车身ＣＡＥ模型如图ｌ所示。 表１材料参数 图１白车身ＣＡＥ模型 ２白车身模态试验和ＣＡＥ分析 模态分析技术源于２０世纪３０年代提出的将机电进行比拟的机械阻抗技术，是用于对机械系统、土建结构、桥梁等工程结构系统进行分析的现代化方法和手段川。模态试验是通过试验设备，采集激励点信号和测肇点的响应信号，经过软件分析处理后获得结构固有频率和相应振型。它可以验证和校核有限元模型的合理性，为后续进行静刚度或其它ＣＡＥ分析提供一个合理的有限元模型。ＣＡＥ分析是由计算机根据有限元方法，求解有限元模型的固有频率和相应振型。模态试验和ＣＡＥ分析方法具有相同的效果，二者相互辅助。２．１模态试验 车辆坐标系的定义：以车辆前进方向为ｘ轴负向，前进方向左侧为ｙ轴负向，竖直向上为ｚ轴正向。 为了使试验值和ＣＡＥ分析值能够进行对比，试验时白车身上布置的测量点和ＣＡＥ模型中的观察点应具有相同的位置。 测量点布置在车身主要承载件上，发动机舱部分均匀布置在左、右前纵梁，前横梁，前嗣上挡板上，乘员舱部分均匀分布在顶蓬前横梁，顶蓬左、右横梁，左、右前立柱。左、右中立柱．左、右后立柱，后门框，左、中、右地板纵梁，前、后地板横梁，顶蓬加强梁上。ｘ、ｙ、ｚ三个方向信号提取点数目各为１３０个。 试验时用四根柔软的橡皮绳将白车身悬挂在刚性的支架上。悬挂点位于前、后悬架与车身的连接点上。车身保持水平。这样．整个车身的约束状态接近于自由状态。本次试验布置两个激励点，分别位于臼车身前部的右纵梁和尾部的左纵梁上，激励信号为猝发随机信号。试验测餐分析系统如图２所示。 ２０１０年第１２期（总第４８期） １２１
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
解：1、轴的强度计算M T τ 轴max = x = 1 3 ≤ 60 × 10 6 Wp1 π d 16 T1 ≤ 60 × 10 6 × 2、轴套的强度计算π × 66 3 × 10 ?9 = 3387 N ? m 16 习题 4－6 图τ 套 max = Mx T2 = ≤ 60 × 106 3 68 4 ? Wp2 πD ??1 ? ( ? 16 ? 80 ? 6 ?? 17 ? 4 ? π × 80 3 ?9 T2 ≤ 60 × 10 × × 10 ?1 ? ??? = 2883 N ? m 16 ??? 20 ??? 3、结论Tmax ≤ T2 = 2883 N ? m = 2.883 kN ? m 4－7 图示开口和闭口薄壁圆管横截面的平均直径均为 D、壁厚均为δ ，横截面上的扭矩均为 T = Mx。试：习题 4－7 图1．证明闭口圆管受扭时横截面上最大剪应力 6 τ max ≈ τ max ≈ 2M x δπ D2 3M x 2．证明开口圆管受扭时横截面上最大剪应力δ 2πD 3．画出两种情形下，剪应力沿壁厚方向的分布。解：1．证明闭口圆管受扭时横截面上最大剪应力由于是薄壁，所以圆环横截面上的剪应力可以认为沿壁厚均匀分布（图 a1），于是有习题 4－7 解图Mx = ∫ A D D ? τd A = ? τ ? π Dδ 2 2 由此得到δπ D 2 δπ D2 2．证明开口圆管受扭时横截面上最大剪应力根据狭长矩形扭转剪应力公式，有3M x 3M x 3M x τ max = = = 2 2 hb π D ?δ δ 2π D τ= 2M x 即：τ max = 2M x 3．画出两种情形下，剪应力沿壁厚方向的分布两种情形下剪应
基础篇之四 第4章 圆轴扭转时的强度与刚度计算 杆的两端承受大小相等、方向相反、作用平面垂直于杆件轴线的两个力偶，杆的任意两横截面将绕轴线相对转动，这种受力与变形形式称为扭转（torsion ）。 本章主要分析圆轴扭转时横截面上的剪应力以及两相邻横截面的相对扭转角，同时介绍圆轴扭转时的强度与刚度设计方法。 4－1 外加扭力矩、扭矩与扭矩图 作用于构件的外扭矩与机器的转速、功率有关。在传动轴计算中，通常给出传动功率P 和转递n ，则传动轴所受的外加扭力矩M e 可用下式计算： [][] e kw 9549 [N m]r /min P M n =? 其中P 为功率，单位为千瓦（kW ）；n 为轴的转速，单位为转/分（r/min ）。如功率P 单位用马力（1马力=735.5 N ?m/s ），则 e [] 7024 [N m][r /min] P M n =?马力 外加扭力矩M e 确定后，应用截面法可以确定横截面上的内力—扭矩，圆轴两端受外加扭力矩M e 作用时，横截面上将产生分布剪应力，这些剪应力将组成对横截面中心的合力矩,称为扭矩（twist moment ），用M x 表示。 图4－1 受扭转的圆轴 用假想截面m －m 将圆轴截成Ⅰ、Ⅱ两部分，考虑其中任意部分的平衡，有 M x －M e = 0 由此得到
图4－3 剪应力互等 M x = M e 与轴力正负号约定相似，圆轴上同一处两侧横截面上的扭矩必须具有相同的正负号。因此约定为：按右手定则确定扭矩矢量，如果横截面上的扭矩矢量方向与截面的外法线方向一致，则扭矩为正；相反为负。据此，图4－1b 和c 中的同一横截面上的扭矩均为正。 当圆轴上作用有多个外加集中力矩或分布力矩时，进行强度计算时需要知道何处扭矩最大，因而有必要用图形描述横截面上扭矩沿轴线的变化，这种图形称为扭矩图。绘制扭矩图的方法与过程与轴力图类似，故不赘述。 【例题4－1】 变截面传动轴承受外加扭力矩作用，如图4－2a 所示。试画出扭矩图。 解：用假想截面从AB 段任一位置（坐标为x ）处截开，由左段平衡得： M x = －2M e 0x l ? ≥≥ 因为扭矩矢量与截面外法线方向相反，故为负。 同样，从BC 段任一位置处将轴截为两部分，由右段平衡得到BC 段的扭矩： M x = +3M e 2l x l + ≥≥ 因为这一段扭矩矢量与截面外法线方向相同，故为正。 建立OM x x 坐标，将上述所得各段的扭矩标在坐标系中，连图线即可作出扭矩图，如图4－2b 所示。 从扭矩图可以看出，在B 截面处扭矩有突变，其突变数值等于该处的集中外加扭力矩的数值。这一结论也可以从B 截面处左、右侧截开所得局部的平衡条件加以证明。 4－2 剪应力互等定理 剪切胡克定律 4－2－1 剪应力互等定理 考察承受剪应力作用的微元元体（图4－3），假设作用在微元左、右面上的剪应力为τ ，这两个面上的剪应力与其作用面积的乘积，形成一对力，二者组成一力偶。为了平衡这一力偶，微元的上、下面上必然存在剪应力τˊ，二者与其作用面积相乘 后形成一对力，组成另一力偶，为保持微元的平衡 图4－2 例题4－1图
BIP车身前端扭转刚度分析规范编号：LP-RD-RF-0006 文件密级：机密 BIP车身前端扭转刚度分析 规范V1.0 编制： 日期： 编制日期审核/会签日期批准日期
BIP车身前端扭转刚度分析规范 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 (2) 2.3模型处理 (3) 2.4约束及载荷 (4) 3 有限元分析步骤 (4) 3.1 分析步设定 (4) 3.2 分析文件输出 (4) 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 (5)
BIP车身前端扭转刚度分析规范 1 简介 1.1分析背景和目的 车身前端扭转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。前端结构给安装在其上的动力总成、蓄电池、前端模块等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，同时满足长期使用耐久性能要求。 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。 1.4分析的时间节点 本分析在车型项目开发TR2-TR4节点之间进行。 2 模型前处理 2.1模型准备 导入白车身有限元模型，前副车架模型，动力电池模型并通过RBE2进行连接。网格划分细则，请参阅《CAE分析共用模型建模指南》。 2.2模型检查 建立materials属性卡片，为各个组件赋上材料属性，详细检查确保模型正确，主要检查内容如
Q/JLY J711 -2008 乘用车白车身接头静刚度CAE分析规范 编制： 校对： 审核： 审定： 标准化： 批准： 浙江吉利汽车研究院有限公司
二〇〇八年九月
前言 为了给新车型开发提供设计依据，指导新车设计，评估新车结构性能，结合本企业实际情况，制定本规范。 本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。 本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司综合技术部负责起草。 本规范主要起草人：袁连太。 本规范于2008年10月15日发布并实施。
1 范围 本规范规定了乘用车白车身接头静刚度CAE分析的软硬件设施、输入条件、输出物、分析方法、分析数据处理及分析报告。 本标准适用于乘用车白车身接头静刚度CAE分析。 2 软硬件设施 乘用车白车身接头静刚度CAE分析，主要包括以下设施： a)软件设施：主要用于求解的软件，采用MSC/NASTRAN； b)硬件设施：高性能计算机。 3 输入条件 3.1 白车身有限元模型 乘用车白车身接头静刚度分析的输入条件主要指白车身有限元模型，一个完整的白车身有限元模型其中含内容如下： a)白车身各个零件的网格数据； b)白车身焊点数据； c)各个零件的材料数据； d)各个零件的厚度数据。 4 输出物 乘用车白车身接头静刚度分析的输出物为PDF文档格式的分析报告，针对不同的车型统一命名为《车型白车身接头静刚度分析报告》（“车型”用具体车型代号替代如：车型为GC-1，则分析报告命名为《GC-1白车身接头静刚度分析报告》），报告内容按7规定的内容编制。 5 分析方法 5.1 分析模型 乘用车白车身接头静刚度分析的有限元模型，一般是从白车身有限元模型中抽取下来的接头模型，主要包括A柱与顶盖连接点、B柱与顶盖连接点、B柱与门槛连接点、C柱与顶盖连接点，这些接头模型用于接头参数化和引导设计。 5.2 分析模型截取 截取接头有限元模型，应符合下列要求：
白车身静刚度分析的目的及优化方法 一、白车身静刚度分析的目的 车身刚度主要分为整体刚度和局部刚度，而车身刚度设计是车身NVH 性能的保证基础。车身弯曲及扭转刚度与整车动力学性能、整车NVH 性能、疲劳耐久和操纵稳定性等密切相关。 一般来说，通过合理的整车模态匹配和车身刚度设计，特别是车身结构的整体和局部刚度设计，可以为控制和优化整车振动水平和操稳性能提供保障。 二、白车身刚度与NVH 的关系 1、一般来说，车身刚度越高， NVH 性能会越好； 2、随着时代的发展，车身的刚度越来越高； 3、高刚度和轻量化指标成为车身开发中日益发展的趋势。 三、白车身刚度的目标制定方法 1、白车身弯曲刚度目标制定 根据振动力学，我们知道均匀梁的频率可以用如下公式表述，而整车可假设为均匀梁，如图1所示。 图1 均匀梁弯曲刚度简化模型 整体车身刚度 局部车身刚度 弯曲刚度 扭转刚度
2、白车身扭转刚度目标制定 当车身转向时，车辆会发生侧倾，这种侧倾会导致质量从一侧转移至另一侧，并会影响车辆的转向特性。在设计悬架时，车身假设为刚体，而悬架参数是基于此假设设计的，所以我们希望车身的扭转刚度要求足够高，以符合车身刚体假设是正确的，上述假设的正确性，可以通过使车身扭转刚度高于悬架刚度的很多倍来实现。即车身扭转刚度主要是基于操稳确定。 图2 汽车操稳侧倾模型 图3 悬架侧倾刚度模型
图4 修正后的悬架侧倾刚度 四、白车身刚度的常用分析方法 通过查阅相关文献及资料，白车身的弯曲及扭转刚度计算方法较多，每个车企不尽相同，对刚度结果的读取及评判也有不同的方法和参考。 五、白车身弯曲及扭转刚度优化方法 在白车身弯曲和扭转刚度分析过程中，大部分都需要优化，以达到预期的目标或参考值。白车身弯扭刚度提升方法比较多，如接头法、截面法、对标法、应变能法、灵敏度法等。在实际工程中灵敏度法、应变能法应用相对较多，而且效果非常明显。
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
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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。 1.4分析的时间节点 本分析在车型项目开发TR2-TR4节点之间进行。 2 模型前处理 2.1模型准备 导入白车身有限元模型，前副车架模型，动力电池模型并通过RBE2进行连接。网格划分细则，请参阅《CAE分析共用模型建模指南》。
第十章 扭转的强度和刚度计算 思 考 题 1、若直径和长度相同，而材料不同的两根轴，在相同的扭矩作用下，它们的最大剪应力是否相同？扭转角是否相同？ 2、试分析思8-2图所示扭转剪应力分布是否正确？为什么？ 思2 图 3、阶梯轴的最大扭转剪应力是否一定发生在最大扭矩所在的截面上，为什么？ 4、空心圆杆截面如思8-4图所示，其极惯性矩及抗扭截面模量是否按下式计算？为什么？ 思8-4图 习 题 1、实心圆轴直径D = 76mm ，m 1 = 4.5 kN ·m ，m 2 = 2 kNm ，m 3 = 1.5 kN ·m ，m 4 = 1 kN ·m 。设材料的剪切弹性模量G = 80GPa ，[τ]= 60MPa ，[θ]= 1.2°/m ，试校核该轴的强度和刚度。 题 1 图 题 2 图 2、矩形截面杆的尺寸及荷载如图所示。材料的E = 2.1×103 MPa 。 求：（1）最大工作应力； （2）最大单位长度扭转角； （3）全轴的扭转角。 161632 323 34 4d D W d D I P P ππππ-=- =
3、图示一联接水轮机与发电机的实心圆轴 。已知轴横截面的直径为650 mm ，长度为6000 mm ，水轮机的功率P = 10000 PS ，钢材的剪切弹性模量G = 79 GPa 。问当水轮机的转速n = 57.7r/min 时,轴内的最大剪应力和轴两端的相对扭转角各为多大? 4、有一受扭钢轴，已知其横截面直径d = 25 m m ，剪切弹性模量 G = 79 GPa ，当扭转角为6°时的最大剪应力为95 MPa ，试求此轴的长度。 。 习题答案： 1. =max τ58.1Mpa 2. =max τ0.56 Mpa 0151.0max =?rad/m 3. =max τ22.6 Mpa ?=0.302° 4. l =2.18m