白车身模态灵敏度分析及厚度优化
白车身灵敏度分析规范
1
1
DESVAR
1 gc10.75 0.6 0.9
$HMNAME DVPRELS 1
~gc1 1
DVPREL1 1
PSHELL
1
4
1
1.0
5. 选择 SOL200 求解器
关键字：SOL 200
6. 设置分析类型
变量的初始值、下限和上限
变量和板件属性关联
0.0
PDF created with pdfFactory Pro trial version
白车身灵敏度分析规范1of10pdfcreatedwithpdffactoryprotrialversion1标题摘要目录11标题标题部件子系统名上一级系统版本号白车身灵敏度分析规范白车身na目的相关的试验规范分析白车身性能对板件厚度的灵敏度na撰写人撰写日期黄石华2011032612摘要白车身灵敏度分析就是确定白车身特性响应对板件厚度变化的灵敏度白车身特性响应主要包括扭转模态频率和扭转刚度弯曲刚度工况下的关注点位移
白车身灵敏度分析规范
PDF created with pdfFactory Pro trial version
1 of 10
1 标题/摘要/目录
1.1 标题
标题
白车身灵敏度分析规范
目的
部件/子系统名 上一级系统
白车身
N/A
相关的试验规范
分析白车身性能对板件厚度的灵敏度
S
i r
=
0.01M 0
S
i m
P0
×
S
i p
× 100%
（1）
式中，
S
i r
为第
i
个部件的相对灵敏度；
M 0 为白车身初始状态总重量；
某铝制物流车白车身刚度灵敏度优化分析
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。
某SUV白车身模态分析及优化设计
某SUV白车身模态分析及优化设计文章介绍了某SUV车型的白车身模态分析，并针对计算结果对车身结构和布局进行优化，使整车刚度趋于合理。
优化结果显示：优化后结构、刚度更加合理，并且一阶扭转提高了4HZ，车身重量减少1.5KG。
标签：模态分析；结构优化；有限元分析前言现代汽车设计领域，有限元分析得到了广泛的运用。
车身作为汽车的关键总成，其力学特征对整车的动力学特征起关键作用。
车身模态分析则关系到整车刚度、常规震动和车身减重。
实践证明对白车身结构进行有限元分析可以提前发现、避免相关的设计缺陷，及时整改、优化设计。
从而缩短开发周期，节约试验费用。
文章通过对白车身的模态分析对设计进行结构优化，使得车身结构局部模态和整体刚度特征满足模态规划要求。
1 有限元模型有限元分析基本是利用一组离散化单元组集代替连续体机构进行分析，这种单元组集体称结构力学模型。
车身模型建立原则为能反映车身主要力学结构特征和边界约束条件，其次可考虑在保证正确性的基础上对模型进行适当的简化。
模型建立过程需考虑：模型的简化、网络划分、材料属性确定、单元选择及模型的连接与装配。
为此对模型建立进行了如下处理：1.1 模型建立采用了基准尺寸为10mm的QUASD4划分SHELL单元，局部采用了大于3mm的小尺寸划分，在非关键区域几何过度区少量采用了TRIA3单元。
TRIA3单元占总数的比率小于5%。
1.2 孔径6mm～10mm，用方孔代替；孔径大于10mm，保留孔，孔周围两圈偶数个单元，其他非重要小孔可忽略。
1.3 翻边至少要划分两排网格，圆角大于3mm可以保留，螺栓用RIGID或梁连接。
1.4 焊点采用CWELD/ACM单元，方向同连接壳单元法向量平行。
焊缝则采用CQUAD4和CTRIA3模拟，对不考察局部应力的情况下，有选择性采用节点重合，并保证网络的几何匹配。
根据车身提供的数字模型，最终白车身带玻璃有限元模型单元547，219，节点569，580个，见图1。
基于灵敏度的白车身轻量化优化分析
迫 于 竞 争 的 压 力 ， 车 制 造 厂 商 不 断 加 强 对 汽
能 顺 利 进 行 。简 言 之 ， 敏 度 分 析 就 是 确 定 在 整 灵
成本 的控 制 ， 白车 身 的 轻 量 化 是 达 到 该 目的 的重
计 的可行域 ， 解生成 优 化方案 ； 求 根据 车身 材料 库 ， 行厚度 尺 寸规 格 化 ， 进 并通 过 车身 Ｎ Ｈ、 Ｖ 安全 和 耐久 性 能验 证性 计算来 选择 最佳 方案 。实 车验证 表 明 ， 用 Ｎ ｓ ａ 应 ａｔ ｎ软件 ， ｒ 采用 上述 方法 ， 不仅保 证 了相 关性 能 ， 而且 有效 实现 了 白车身 轻量化 。
要 手 段 。尽 管 可 以通 过 新 材 料 的使 用 来 实 现 减 少
个 设计 空 间 内满 足 设 计 约 束 的 前 提 下 ， 个 设 计 各 变 量变 化 对 结 构 响 应 的影 响 程 度 ， 而 得 到 合 理 从 的优化 路 径 。 同 时 ， 用 灵 敏 度 分 析 的 结 果 也 可 利 以建 立 参 数模 型 ， 问 题 参 数 化 ， 利 用 优 化 算 法 把 再
Ａｂｓｒ ｃ ： ｅ ＢＩ ｅ ｓｔ ｔ ｄｅ ｓ ｂ ｌ ａ ｅ ｏ Ｎａ ｔａ ｔ ａ ｔ Ｔｈ Ｗ ｓ ｎ ｉｉ ｙ ｍｏ ｌｗａ ｕｉｔｂ ｓ ｄ ｎ ｖｉ ｓｒ ｎ． Ｓ ｎ ｉｉｉｙ ｕｒｅｓ ｆ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｔｆｎ ｓ ｆ ＢＩ ａ ｕ ｅ ｓｔｖｔ ｃ ｖ ｏ ｄ ｎ ｓｉｆ ｅ ｓ ｏ Ｗ ｂｏ ｔ ｃ ｍ ｐ ｎ ｎ ｈｉｋ ｓｅ ｒ ｂ ａｎ ｄ． Ｗ ｉ ｄ ｑ ａ ｅｙ ｃ ｎ ｉ ｅ ｎｇ ｓ ｃ ｒｔ ｏ ｏ ｏ ｅ ｔｔ ｃ ｎｅ ｓ ｓ ｗｅ ｅ ｏ ｔ ｉｅ ｔ ａ ｅ ｕ ｔ ｌ ｏ ｓｄ ｒ ｅ ｕ ｙ ｃ ｍｐｏ ｅ ｔ ｎ ｒｔｃ ｌｃ ｍ ｐ ｎ ｎｔ ｈ ｅ ｓ— ｈ ｉ ｉ ｎ ｎ ｓａ ｄ ｃ ｉ ａ ｏ ｏ ｅ ｓ，ｔｅ ｆ ａ ｉ ｉ ｂｅ ｒ ｇｏ ｆｏ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｆｍｏ ｅ ｎ ｔ ｆ ｅ ｓ ｗｅ ｅ ｓ ｔ ｎｄ ｓ ｖ ｒ ｌｋ ｎ ｓ ｏ ｃ ｍ ｅ ｒ ｃ ｕ ｒｄ． Ｔｈｉｋ ｓ ｌ ｅ ｉｎｓｏ ｐｔｍｉａｉ ｅ ｉ ｎ ｏ ｄ ｌａ ｄ ｓｉ ｎ ｓ ｒ ｅ ，ａ ｅ ｅ ａ ｉ ｄ ｆｓ ｈｅ ｓｗｅｅ ａ ｑ ｉｅ ｏ ｆ ｃ ｎｅ ｓ ｓｚ ｓｗｅ ｅ ｓ ｅ ｉ ｅ ｔ ｈ Ｗ ｔ ｉａ ｔｂ ｓ ｉｅ ｒ ｐ ｃｆ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ＢＩ ｍａｅｒ ｌｄａａ ａ ｅ，ａ ｄ ｏ ｔｍｉｅ ｃ ｅ ｓｃ ｏ ｅ ｆｅ ｒｏ ｍａ ｃ ｓ ｏ ｉ ｈ ｎ ｐ ｉ ｚ ｄ ｓ ｈ ｍｅ ｗａ ｈ ｓ ｎ ａｔｒｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ｆＮＶＨ ，ｓ ｅｙ ｆ ａ ｔ ａ ｒ ｂｌｔ ｒ ａｉ ｔｄ． Ｖａｉ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃｅ ｈ ｗｓ ｔ ａ ，ｕｓｎ ｓｒ ｎ ａ ｂ ｖ ｔ ｏ ｓ， ｔ ｅ ｏ ａ ｃ ｓ ｒ ｎｄ ｄｕ ａ ｉｉｙｗｅ ｅ ｖ ｌｄａｅ ｌｄａｉ ｆｖ ｈｉｌｓ ｓ ｏ ｈ ｔ ｏ ｉ ｇ Ｎａ ｔａ ｎｄ ａ ｏ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｈｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ａｅ ｆ ｍ ｅ ｕｅ ｎｓ ｒ ｄ，ｍｅ ｎ ｉｅ， ＢＩ ｉｈｔ ｉ ｈ ｓｇ ｓ ａ ｈ ｅ ｅ ｆｅ ｔｖ ｌ ａ ｗｈｌ Ｗ ｌ ｗｅ ｇ ｔｄｅ ｉｎ ｉ ｃ ｉｖ ｄ ｅｆｃ ｉｅｙ． ｇ
白车身骨架模态研究与结构优化设计
2024年第2期47白车身骨架模态研究与结构优化设计马保林，熊辉，张略（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘 要：为了提高某承载式车身骨架的模态，解决其在汽车行驶过程中与外界激励频率重合产生共振和异响，改善白车身骨架的NVH性能，对某轿车白车身进行研究并对关键零部件进行了结构优化设计，并进行有限元分析验证。
根据有限元分析及实车验证，这些结构优化方案对改善车身模态频率具有良好的效果，为其他车型提供设计参考。
关键词：模态分析，结构优化，白车身，有限元分析中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）02-0047-05Research on the BIW Modal and Optimization Design of theStructuralMA Bao-lin, XIONG Hui, ZHANG Lue (Chery Automobile Co., Ltd., WuHu 241000, China)Abstract: In order to improve the mode of a load-bearing body frame, solve the resonance and abnormal noise caused by its overlap with the external excitation frequency during the driving process of the car, and improve the NVH performance of the BIW skeleton, the BIW of a car was studied, and the structural optimization design of key components was carried out, and the finite element analysis was carried out to verify it. According to the finite element analysis and actual vehicle verification, these structural optimization schemes have a good effect on improving the modal frequency of the body, and provide design reference for other models.Key Words: Modal Analysis; Structural Optimization; Body-In-White; Finite Element Analysisdoi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.02.008 收稿日期：2024-01-021 前言随着我国汽车行业的飞速发展，乘员对于汽车振动噪声品质的要求不断提高。
某轿车白车身模态分析与优化
｛ （ ｙ ｆ ）＝ｆ ｘ Ｙ ｚ ｅ： Ｈ ， ，， ） ６（ ， ，） ｌ ｜ ＇
（） ３
其 中 ： ｑ 。 ，））为矢 量振 幅 ； ｛ （ ＇ｚ ｂ ， ∞ 简谐 运 动 的角 频 率 。将其 代人 （ ） 得 ： ２， 【 一∞ 】 ｂ ｅ ｐ ｉ ｉ ＝ ） Ｋ （ ｘ （ｔ Ｏ ） ｏ） （） ４ （） ５
果 精 确度 降 低 ； 删 去 对 整 体 性 能 影 响 不 大 的 小 部 ③
件， 但保 证 总体 白车 身质 量与 实际 质量 相差 不大 。 现代轿 车 多采用 全 承载式 车 身 ， 体骨 架结构 由 车
车体结 构件 及 覆 盖件 焊 接 而 成 】 白车 身 的焊 接 工 。
中 图分类号 ： ４ Ｕ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ — ４４ ２ ｌ ） ３ ０ ２ － ３ １ ６ ４ ｌ （０ １ ０ － ０ ６ ０ ０
Ｍ ｏ ｌａ ａ ｙБайду номын сангаасｉ ｎｄ ｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａｒ ｓｂｏ ｙ—ｉ ｄａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｆｃ ｄ ｎ—ｗｈ ｔ ｉｅ Ｘｉ ａ ｙ ， Ｆ ｎ ａ ａ Ｚｈ ｏ－ ｉ ｅ ｇ Ｌ ｎ—ｆｎ ａ ｇ，Ｗ ａ ｇ Ｈｏ ｇ ｉｏ，Ｈ ｕ ｎ－ｂ ｎ ｎ －ｘａ ｉＹａ ｏ
Ａ ｓｒｃ：Ｆｎ ｅ ｍ ｎ ｍ ｄｌ ｎ ｙｉｔｅｒ ｉ ｄ ｃ ｓ ｄｂ ｅｙ． ｄｆ ｉ ｌ ｎ ｍ ｅ ｃｒ ｏｙ ｉ－ ｈｔ（ Ｉ ｂ ｔ ｔ ｉｉ ｅｔ ｏａ ａ ｓ ｏ ｉ ｕｓ ｒ ｆ ａ ｎｔｅｅ ｔ ｏ ｌ ｆ ａ’ｂ ｄ－ｎ ｗ ｉ ＢＷ） ａ ｔ ｄｅ ａｌ ｓｈ ｙ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｍｅ ｄ ｏ ａ ｓ ｅ
研 穷 与 分 析
白车身动态灵敏度分析及优化设计
数 的灵敏度 分析 。最 后 ， 灵敏 度分 析 的基础 上 ， 在 选
取灵 敏部 件进行 了结 构优 化设计 。
１ 轿 车 白 车 身模 态 分 析
将 某轿 车 车身 模 型进 行适 当的简 化 ．采 用 ４节 点或 ３节 点 空 间 板单 元 Ｓ ｅ ６ ｈ １ ３进行 有 限元 网格 划 １
（ 或变化 率１ 十 分必要 的。这 就是 所 谓结 构 动 态 特 是
性 的灵敏 度分析 。本 文建 立 了 国产 某轿 车 白车 身 有 限元 模型 ．计算 得 出 白车 身低 阶振 动 固有频 率 和 固
有振 型 ．进行 了振 动 固有 频率 对壳 体厚 度 等结 构参
图 １ 有 限元 模 型
维普资讯
白 身 态 敏 分 及 设 夏 林 车 动 灵 度 析 优化 计／ 国
设 计 － 究 砩
夏 国林
（ 龙 联 合 汽 车 工 业 （ 州 ） 限 公 司 ， 州 ２ ５２ ） 金 苏 有 苏 １０ ６
摘 要 ： 立 了 国产 某 轿 车 白车 身 有 限元 模 型 ， 算 得 出 白车 身 低 阶 振 动 固 有 频 率 和 固 有 振 型 ， 行 了振 动 固 有 频 率 建 计 进 对 壳 体 厚 度 等 结 构 参 数 的灵 敏 度分 析 ， 灵 敏 度 分 析 的 基 础 上 ， 取 灵 敏 部 件 进 行 了结 构优 化设 计 。 在 选 关键 词 ： 车 身 ； 限元 模 型 ； 敏 度 ； 化设 计 白 有 灵 优
ｒ ｍｅ ｅ ｏ ｔｎ ｔ ｒ ｕ ｈ ｃ ｃ ｌ ｔ ｎ， ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｄ ｈ ｐ ， ｅ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ａ ｙ ｉ ｔ ｄ ｅ ． ｉ ａｌ ａ ｔｒｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｇ ａ ｕ ａｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｍｏ ａ ｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｓｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｕ ｉ Ｆ ｎ ｌ ｓ ｅ ｌ ｏ ｈ ｅ ｌ ｈ ｉ ｙｎ ｓｓ ｄ ｙ， ｈ ｐ ｍｉａ ｏ ｎ ｓｓ ｆｔｉ ｄ ｌ ｆ ｍｅ ｔ ｅ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｏ ｈ ｓｍｏ ｅ ｓｐ ｒ ｒ ｄ ． ｉ ｉ ｌ ｉｅ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ＢＩ ； ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔ ； ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｗ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ； ｓｔ ｉ ｏ ｔ ｅ ｉ ｙ ｍｉａ ｏ ｉ
基于白车身扭转刚度的板厚灵敏度分析
10.16638/ki.1671-7988.2019.13.030基于白车身扭转刚度的板厚灵敏度分析田佩，华睿（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：文章主要介绍了一种白车身扭转刚度的板厚灵敏度分析的方法，用于分析白车身扭转刚度工况下整体扭转角相对零件单位厚度质量的变化量，即计算设计变量△d相对零件单位厚度质量△m的变化量，称为扭转角相对灵敏度，通过对相对灵敏度结果进行排序，结合实际工程约束条件，为提升扭转刚度性能或轻量化设计提供较合理的厚度分配方案。
关键词：白车身刚度；CAE；厚度灵敏度中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)13-85-03Thickness Sensitivity Analysis Based on Torsional Stiffness of BIWTian Pei, Hua Rui（Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）Abstract:The paper mainly introduces a thickness sensitivity analysis method for the torsional stiffness of BIW, which is used to analyze the variation of the vehicle torsional angle relative to the unit thickness mass of parts under the condition of the torsional stiffness of BIW, that is, the design variable △d is calculated, and the change amount relative to the unit thickness mass △m of the part is called the torsion angle relative response, by sorting the relative response results and combining the actual engineering constraints, a more reasonable thickness distribution scheme is provided for improving torsional stiffness performance or lightweight design.Keywords: Stiffness of BIW; CAE; Thickness sensitivityCLC NO.: U463.82 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-85-03引言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。
基于灵敏度分析的白车身的优化设计
Internal Combustion Engine &Parts0引言近年来随着人们生活水平的不断提升，对于汽车的强度、使用寿命以及乘坐安全性等指标也都提出了更高的要求。
而汽车的白车身模态参数对上述指标都有着非常重要的影响，这也就需要相关的汽车开发人员能够加强对汽车白车身模态参数的灵敏度分析处理，并且需要通过对结构参数以及结构设计进行调整与优化的模式，来起到良好的汽车设计效果。
1仿真分析与验证1.1进行有限元模型的构建在本次研究中车身为钣金结构，主要结构由前围、地板、侧围以及顶盖四个部分构成，各个零件之间也多是通过点焊方式来进行连接装配。
在进行车身有限元模型的构建过程中，需要具备有足够的准确性，对于实际结构的主要力学特性也需要进行充分的反映，只有这样才能够保障其计算结果的精度。
因此在进行板件的网格划分之前，首先需要进行几何结构的处理，阐述一些对整体性能影响不大的小部件，并可以直接忽略半径小于5mm 的孔。
但是在具体处理过程中，要求白车身自身质量跟实际质量的误差能够控制在3%以内。
此外在进行有限元模型构建过程中，对于一些网格单元数目比较多的白车身，还需要应用精度更高的计算机软件，借此来取得良好的治疗效果。
在本次研究之中所选取的仿真分析网格单元长度控制在5mm 以上，长宽比例1:5，三角形中各内角均大于30°小于120°，单元翘曲度控制在15°以下，弹性模量则控制在2.1×105MPa 以上。
在结合了上述要求的基础上，采取板壳单元对该模型的所有零部件进行了离散处理，并尽量选取四边形板壳单元来进行模拟，从而取得良好的有限元模型构建效果。
1.2模态分析在本次研究中主要通过Radioss 求解器来进行白车身的自由模态计算工作，具体的计算模型图如图1所示。
在汽车的正常行驶过程中，因为车轮不平衡所导致的激励频率多控制在11Hz 之下，但是不会引起白车身出现共振情况，因此可以直接进行忽视。
SAE-C2009E149基于模态和刚度的白车身优化分析
对各部位材料㊁ 板件厚度进行合理布局; 在开发的中后期,
优化分析的主要目的是保证模态和刚度性能不低于目标值,
白车身优化分析贯穿于整个开发过程㊂ 在开发的初期,
( )
1. 2. 1 模态灵敏度数学模型的建立
对于模态的基本方程 式中 [ K] [ M]
灵敏度分析, 可以获得车身结构修改的最佳位置和最优尺寸㊂ ( [ K ] - ω2 i [ M ] ) { u i } = {0} (2)
本次以国内自主开发的某一款车开发初期为例进行优化
获得最大的车身性能㊂
此, 为了使得刚度和模态性能分布更趋于合理化, 本文应用 permesh 建立完成的㊂ 在有限元模型中, 钣金件的单元划分
总体刚度矩阵;
对式(2) 求设计变量 d 的偏导, 则有 式中 ω i ω i,j ㊁ { u ij } ㊁ [ M ,j ] ㊁ [ K ,j ]
Abstract: With the global energy growing shortage and the cost of vehicle manufacturers increasing, automotive lightweight design
stage of car, manufacturing costs and the vehicle performance, optimized parts were selected. Without lowering the vehicle performance
设计变量: T i( i = 1,2,
厚度为设计变量㊂ 具体的变量及约束条件如下: ( F b - F′b ) ≤0. 03 Fb ( F t - F′t ) ≤0. 03 Ft
622
白车身计算模态分析中的几个简单问题探讨
白车身计算模态分析中的几个简单问题探讨1 引言白车身模态分析是主机厂所有CAE分析项中最简单的，没有之一。
考虑到大家在模态空间公众号中看惯了高深的文章（谭祥军注：博士过奖了！），所以今天给大家换换口味，讨论一下这个最简单的分析项。
在这篇文章里，我们不谈模态分析理论，只探讨几个基本问题：做模态分析的有限元模型该不该带风挡玻璃？根据白车身模态如何估算内饰车身模态？整体弯扭模态如何识别？模态频率的目标值如何设置？模态频率不达标该怎么办？2 白车身模态分析方法白车身模态分析方法几乎人人都会，但为了文章的完整性，我还是坚持把它写出来。
白车身模态分析为自由模态分析，即模型不加任何形式的约束。
分析的频率范围设定为1-100Hz；下限设为1Hz，其目的是避免计算前6阶的刚体模态，以节约计算时间。
通常我们使用NASTRAN软件的SOL103求解序列，算法选用兰索士法（对应卡片为EIGRL）。
结果输出设置中，我们除设定输出位移(DISP)和应力(STRESS)外，还应设定输出应变能密度（ESE）。
在Hypermesh中完成以上操作非常简单；当然也可以将以上设置写成一个Nastran头文件模版，每次分析只要在头文件文本中将模型文件名include一下，无需重新设置。
3 问题之一：究竟应该用BIW还是BIP做模态分析？做白车身模态分析，一般会考虑两种模型。
一种叫BIW, 指焊接车身的本体部分，包括通过螺栓连接的碰撞吸能结构，不包括通过螺栓连接或粘接在车身本体上的玻璃、车门、发动机罩板、天窗、行李箱盖以及翼子板、仪表板支撑横梁等。
另一种叫做BIP，也叫做Glazed BIW，是在BIW基础加上前后风挡玻璃和三角窗，如果天窗玻璃是直接粘在顶棚上不能开启的，BIP还应包含天窗玻璃。
BIW的前几阶整体模态中，通常没有整体扭转模态，而是代之以Match Box模态（即顶盖左右错动模态）。
BIW粘上风挡玻璃后，Match Box模态就不存在了，所以我们很难界定这阶模态跟整车NVH 响应之间有何种关联。
石朝亮_基于HyperWorks白车身灵敏度分析及结构优化
式中，X=x1，x2，...，xn 是设计变量， f ( X ) 是目标函数， g ( X ) 是不等式约束函数， h( X ) 是等式约束函数，上角标 L 指 Lower Limit，即下限，上角标 U 指 Upper Limit，即上限。
-6-
-1-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
2 优化分析理论
灵敏度分析与计算是结构优化设计中时常面临的问题。灵敏度作为导数信息,反映出结构 设计变量或参数的改变对目标或约束函数的影响程度,利用它可以确定最优解的搜索方向,建立 近似方程或构造优化迭代计算公式以及进行结构设计修改。 对于有限元方程 两边对设计变量 X 求偏导数：
5 结论
（1）通过优化，实现材料在车身上的重新分布，在扭转刚度和一阶扭转模态略有提高的 情况下白车身实现减重 5.8kg； （2）结构优化设计可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案，尤其在设计 早期，可以得到更好的设计基础和更短的设计周期； （3）通过灵敏度分析，可以避免结构修改的盲目性，找出对结构性能影响较大的结构参 数作为优化的设计变量，对应提高结构性能具有十分重要的意义。 （4）有限元方法在结构设计方面占有很重要的位置，并应该贯穿整个设计和制造的全过 程，将有限元方法应用于汽车白车身开发是缩短新型车开发周期、降低产品成本、提高汽车品 质的必由之路。
KU P
式中，K 是刚度矩阵；U 是单元节点位移矢量；P 是单元节点载荷矢量。
K U P U K X X X
则
U P K U K 1 X X X
一般，结构相应（如约束函数 g）可以描述为位移矢量 U 的函数：
g QTU
汽车白车身模态分析及结构优化
车辆工程技术56 车辆技术 伴随现代科技快速进步，汽车制造厂商也在日益提升生产能力，相应的汽车结构设计也备受重视。
在汽车设计中，白车身的质量至关重要，与整车质量直接相关。
而伴随先进计算机技术的广泛普及和快速发展，在白车身结构设计中，也越来越多地用到计算机辅助技术。
尤其是模态分析法，可以促进白车身结构设计的优化及汽车产品质量的进一步提升，值得加以分析探讨。
1 模态分析 （1）重要作用。
通过模态分析，可以得出白车身的实际一阶频率，再与发动机怠速条件下的激励频率比较，便能判断结构的共振问题，以防增大车身振动或噪声，并且供结构优化参考。
最后，利用试验中尚未模态分析对比验证，还能深入分析白车身优化模型的可信度。
在本文中，已经固定了车型外形、材料等，所以考虑通过优化厚度，来模态优化白车身结构。
针对白车身，采用一阶模态频率，来分析车身零部件质量灵敏度及板厚的模态，以及板厚、结构一阶频率、灵敏度模态间存在的关系，并得出结构优化中涉及的零部件，再通过一定的算法，来优化白车身模态。
（2）分析研究过程。
通过分析灵敏度，能针对某部位，得出最有效的结构修改方法，并且初步估计出，期望动态改变所要修正的区域。
根据灵敏度理论，算出白车身结构模态分析下，固有一阶频率与汽车质量在零部件板厚上的灵敏度结果。
据以上灵敏度分析显示，通过强化后门框，能最明显地增大结构的固有一阶频率，而通过强化后裙板，也可以得到明显增大的效果，并且外板的效果优于内板。
而分析结果还显示，通过加强后门框支柱的板件，却会影响固有一阶频率的改善。
这样的板件主要包含顶棚、后翼子板、后侧围板等。
通过进一步分析，得出了一阶模态下的正负灵敏度板件分别图。
此外，通过更改不同板件厚带给车身质量的具体影响，也通过模态分析得出。
因为要顾及对白车身适当轻量化的要求，所以为了增大固有一阶频率，不可直接强化对增大固有一阶频率贡献最大的结构板件，而应注意与其质量灵敏度相结合，也适当修改贡献不大的板件，以此来通过增大固有一阶频率来达到白车身质量上的要求。
轿车白车身模态分析及其优化的开题报告
轿车白车身模态分析及其优化的开题报告一、研究背景及意义随着汽车工业的发展，轿车白车身作为汽车的基本骨架之一，在现代汽车制造中起着至关重要的作用。
白车身的结构、质量和强度等参数对于整车的性能和安全性有着直接的影响。
因此，对轿车白车身的模态分析和优化研究具有重要的理论和实践意义。
目前，轿车白车身的模态分析和优化已成为国际汽车制造业界的研究热点。
通过对白车身进行有限元分析，可以预测其在振动和撞击等复杂工况下的响应和变形等性能，为白车身优化设计提供科学依据。
同时，白车身的优化设计可以大大降低汽车生产成本，提高汽车的质量和竞争力。
二、研究内容和方法本研究旨在针对轿车白车身的模态分析和优化问题，开展如下研究工作：1. 轿车白车身模态分析：通过建立白车身的有限元模型，分析其自然频率、振型形态等特性，并研究不同结构参数、材料等因素对白车身模态特性的影响。
2. 轿车白车身结构优化设计：基于白车身模态分析结果，针对白车身的结构强度、稳定性等问题进行优化设计，使其能够满足不同工况下的使用要求。
3. 优化设计验证：通过模拟测试和实验验证，验证所设计的轿车白车身结构在不同工况下的性能和优化效果。
本研究将采用有限元分析、结构优化设计、模拟测试和实验验证等多种方法，综合研究轿车白车身的模态分析和优化设计问题。
三、预期目标和效果通过本研究，预期实现以下目标和效果：1. 深入了解轿车白车身的结构特性和模态特性，为白车身优化设计提供科学依据。
2. 针对轿车白车身的结构强度、稳定性等问题进行优化设计，提高白车身的整体性能和安全性。
3. 通过模拟测试和实验验证，验证所设计的轿车白车身结构在不同工况下的性能和优化效果。
4. 提高汽车制造技术水平，为中国汽车行业的发展做出贡献。
四、研究计划和进度安排本研究计划分三个阶段进行，具体计划和进度安排如下：第一阶段：文献综述和有限元分析时间安排：2021年9月-2022年2月主要工作内容：1. 国内外轿车白车身模态分析和优化设计的现状和发展趋势的文献综述。
轿车白车身动态特征灵敏度分析及优化设计
是十 分必要 的 。本 Biblioteka 建立 了 国产某轿 车 白车身有 限
和模 态振 型 ， 该计 算 结果 与 该 车车 身试 验 模 态分 析 结果 基 本 吻 合 （ １ ， 一 阶扭 转 振 型 与 一 阶弯 曲 表 ）其
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
白车身基于灵敏度分析减重优化技术
2020年4月机电技术白车身基于灵敏度分析减重优化技术许苘（东南（福建）汽车工业有限公司，福建福州350119）摘要：建立某SUV 车型白车身的有限元模型并分析计算车身刚度及其模态，在此基础上分析板厚对对白车身弯扭组合工况的灵敏度，找出影响车身结构特性的关键结构，对板厚进行优化分析，实现车身轻量化设计。
优化结果显示：通过车身刚度灵敏度分析及其板厚优化，可实现车身的减重优化，为车身的优化设计提供参考。
关键词：白车身；灵敏度分析；弯扭刚度；优化中图分类号：U463.82文献标识码：A文章编号：1672-4801（2020）02-070-03DOI:10.19508/ki.1672-4801.2020.02.020作者简介：许苘（1975—），男，高级工程师，从事汽车整车设计及整车性能控制研究。
汽车轻量化已成为国家发展战略中的一个重要的方面，是实现节能、环保的重要途径[1]。
汽车的车身轻量化技术有利于乘用车节能减排，同时还能提高其动力性、燃油经济性，降低生产成本。
随着国家节能战略的推进，汽车轻量化技术将越发变得重要。
因此，车身设计时除了满足车身刚度、模态、安全等性能要求外，如何减轻车身重量也成为重要开发目标。
汽车轻量化实现手段主要有3种：基于灵敏度分析、拓扑优化以及多学科优化的轻量化设计技术；材料轻量化技术；制造轻量化技术[2]。
目前，汽车企业在产品研发过程中采用较多的是结构灵敏度分析方法。
其基本思路就是先建立有限元模型，通过分析车身结构设计参数对车身结构性能参数（刚度、模态等）响应的变化规律，得到灵敏度结果，从而定义设计空间，对结构的板厚进行优化，最后得到满足性能要求的减重优化方案，并针对其设计缺陷提出优化改进措施。
本文以某SUV 车型为例，进行板厚灵敏度分析，提出了一种基于板厚的减重优化方法，得到减重优化方案。
1白车身刚度分析1.1白车身模型建立本文某SUV 车型白车身有限元模型如图1所示，车身模型未包含IP 横梁和前保险杆及其附近相连件。
轿车白车身模态分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｂｏｄｙ—ｉｎ－ｗｈｉｔｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｅｘｐｅｒｍｉｎｅｎｔ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｅｎｓｉｆｉｖｉｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容和部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
ｏｎｌｙ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ
ｐｅｏｐｌｅ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂａｓｅｄ ０ｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｆ＇ｍｉｔｅ
但１模态分析与试验的新理论。模态分析的基本理论是线性系统分析，适用于 结构或粘性阻尼。近十年的进展，一是体现在对所谓亏损系统的研究和讨论，二是 集中在对阻尼的描述和建模，此外非线性模态分析仍是正在进行探讨的热门课题。 与模态分析理论相比，模态试验理论方面的进展更大。一是传感器与激振器的优化 配置。传统振动试验中．传感器和激振器都是凭经验配置，近来提出了各种自动优 化配置方法，取得了良好的效果，使模态试验又有新的实质性进展。二是虚拟试 验，为了增加试验数据，扩大试验结果信息量，提出了一种新颖的边界条件摄动 （ＰＢＣ）试验方法，即在不同边界条件下进行多次模态试验。在这一新思想的启发 下，发展了所谓的虚拟试验理论，即由虚拟的结构修改（包括虚拟附加质量、虚拟 接地、虚拟边界条件等），得到更多的观测结果，用于识别结构参数或输入载荷； 或者控制结构输入，使结构响应对某些特定的参数更为敏感。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
零件
护板 行李箱罩支撑 后备箱门闩盖
管路_07 后顶管 后支架 后背门门闩底板 后背门门闩底板 管路_06
右A柱 左后支架 左斜底梁 左斜底梁 右A柱下护板 右端盖 左A柱下护板 左端盖
Sensitivity
0 -0.05
-0.1 -0.15
-0.2 -0.25
-0.3 -0.35
-0.4 -0.45
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:弯曲模态灵敏度
Variable
变量
d224 d513 d449 d384 d353 d23 d138 d421 d243 d464 d440 d119 d102 d33 d527
通过对白车身535个零件模态灵敏度分析底梁对于重量、扭转模态、
弯曲刚度的灵敏度影响较大；
底板对于重量灵敏度的影响较大；
分析目标： 设计变量： 变量范围： 约束条件：
评价指标：
白车身重量最小
白车身535个零件厚度
初始厚度±20% 一阶扭转及一阶弯曲模态频率达标,弯曲和扭转 刚度大于目标值 若目标件的灵敏度在多个变量中排名前20，则 不建议改动
d369 d314 d284 d359 d483 d504 d172 d247 d472 d171 d264 d30பைடு நூலகம் d499 d184 d484
中横梁 中前底横梁 左斜底梁
后墙 左A柱螺柱管 右A柱螺柱管
A柱横梁 右斜底梁 前下方设备面板 后支架
右A柱 中横梁 右A柱下护板 左斜底梁 左A柱下护板
底部内部构件 右上端缓冲装置 左侧撞击连接护板
左变速器通道 右变速器通道 保险杆支撑 保险杆支撑
d247 d360 d239 d235 d448 d301 d246 d264 d302 d184 d284 d499 d231 d484 d299
右斜底梁 顶部变速器通道
右B柱 右后支架 中间通道线束
左A柱 右斜底梁
Sensitivity
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0
Variable
d237 d245
d7 d249 d157 d502 d357 d279 d133 d333 d447 d392 d354 d108 d155
左底梁
右底梁 保险杆支撑
右底梁2 左螺柱管 右螺柱管
后横梁 左上方缓冲装置 横梁框架前风挡玻璃
璃面板 左上方缓冲装
置 后中横梁 上方横向缓冲
装置 A柱横梁
前横梁
后部缓冲装置 顶部变速器通
道 后横梁
右斜底梁
左斜底梁
下端缓冲装置
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:重量灵敏度 无负相关变量
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:扭转模态灵敏度
变量
零件
变量
零件
Sensitivity
0.5 0.45
0.4 0.35
Sensitivity
0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08
-0.1 -0.12 -0.14 -0.16 -0.18
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:扭转模态灵敏度
Variable
变量 d138 d513 d74 d37 d53 d243 d152 d39 d425 d47 d132 d464 d49 d319 d434
横梁框架前风挡玻璃底部内部构件对于扭转模态灵敏度、弯曲模态 灵敏度影响较大；
保险杠支撑对于弯曲模态灵敏度影响较大。
根据灵敏度分析结果，对白车身料厚进行优化，优化后共计减重 2.018kg
编制:
校对:
批准:
Sensitivity
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:重量灵敏度
0.005 0.0045
零件
左前方金属支架
左前顶部斜撑
右前顶部斜撑 左外部遮阳板固定
托架 后备箱门闩盖
A柱横梁 左前照灯前部支撑
框架 保险杆支撑 左前照灯前部支撑
框架 右照明灯
左上方缓冲装置
右管状固定侧板
左管状固定侧板 右前照灯前部
支撑框架 右前照灯前部
支撑框架
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:弯曲模态灵敏度
变量
零件
变量
零件
0.3 0.25
0.2 0.15
0.1 0.05
0
Variable
d237 d245 d487 d357 d502 d354 d392 d440 d352 d360 d133 d275 d249 d285 d246
左底梁
右底梁 后下方设备面板
后横梁 右螺柱管 右变速器通道 左变速器通道 低保险杆支撑 后底横梁 顶部变速器通道 横梁框架前风挡玻璃 底部内部构件 前横梁 右底梁 左底梁 右底斜梁
B柱 A柱横梁 右前车轮拱罩 前中横梁 前端护板HV模 块底座 后端护板HV模 块底座 右变速器通道 右前顶部斜撑 右后管路
变量
d357 d37 d359 d132 d279 d168 d224 d318 d275 d449 d360 d409 d246 d184 d384
零件
后横梁
右后车轮拱罩
后墙 横梁前风挡玻
零件
上方横向缓冲装置
前顶部管路
后部缓冲装置
下端缓冲装置
内底板
中心护板
左前车轮拱罩
B柱
左后管路 前端护板HV模块底
座 低保险杆支撑
底部护板
门闩盖 右外部遮阳板固定托
架 左外部遮阳板固定托
架
变量
d162 d186 d15 d34 d215 d171 d19 d38 d82 d455 d44 d454 d132 d233 d71
分析报告
报告编号:
报告状态（初版/过程/最终）:
发布日期: 2016.07
项目代码: 分析名称: 前版报告编号：
CAD版本 :
白车身模态灵敏度分析及厚度优化
无
分析软件:
OPTISTRUCT
参考标准： 标准
总结:
结论： 报告对项目白车身模态灵敏度及厚度优化进行了分析，初步确定
白车身部件的灵敏度，为后续轻量化设计提供参考。
0.004 0.0035
0.003 0.0025
0.002 0.0015
0.001 0.0005
0
Variable
变量
d353 d237 d249 d352 d162 d369 d421 d172 d74 d314 d464 d463 d354 d425 d53
零件
内底板 左底梁 右底梁 后下底梁
护板 前横梁
零件
左前车轮拱罩 前顶部管路 右前车轮拱罩 右后车轮拱罩 右后管路 左后管路 右后背门管状固定 右后背门管状固定 右前顶部斜撑 左车轮拱罩内侧板 横梁前风挡玻璃面板 前端护板HV模块底座 右B柱管路 左B柱管路 右前方金属支架
变量 d346 d338 d229 d527 d15 d318 d109
d7 d126 d528 d279 d60 d535 d30 d13