白车身刚度简介
白车身强度分析报告
白车身强度分析报告1. 引言白车身是指汽车的主体骨架部分，它承受着车辆的重量和各种外部力的作用。
白车身的强度是保证车辆在运行过程中能够承受各种力和压力而不发生变形或破裂的重要指标。
本文将对白车身的强度进行分析，以提供有关白车身设计和改进的参考。
2. 强度分析方法为了分析白车身的强度，我们可以采用有限元分析（FEA）方法。
有限元分析是一种工程设计和分析的常用方法，通过将结构细分为有限数量的元素，利用数值计算方法对每个元素进行分析，从而得出整个结构的行为。
以下是强度分析的步骤：2.1 几何建模首先，需要建立一个准确的白车身的几何模型。
可以利用计算机辅助设计（CAD）软件或三维扫描技术获得车身的三维模型。
2.2 材料属性定义每种材料都有其特定的力学性质，如弹性模量、屈服强度和断裂韧性等。
在分析中，需要将这些材料属性定义在模型中。
2.3 边界条件设定在分析中，需要考虑车身受到的各种外部力和约束条件。
这些外部力可以是来自引擎、悬挂系统或碰撞等。
同时，还需要考虑车身的支撑条件和连接点的约束。
2.4 网格划分为了对车身进行数值计算，需要将其细分为有限数量的元素。
这些元素可以是三角形、四边形或六边形等。
网格划分的密度和精度对分析结果的准确性有很大影响。
2.5 载荷施加在分析中，需要根据实际情况施加各种载荷，如静载荷、动载荷和碰撞载荷等。
这些载荷将作用于车身结构上，并导致应力和变形的产生。
2.6 求解和结果分析经过以上步骤的准备，可以使用有限元软件对车身进行数值计算。
通过求解有限元方程，可以得到车身在不同载荷下的应力和变形分布。
然后，可以对分析结果进行评估和比较，以了解车身的强度和刚度。
3. 强度改进措施根据强度分析结果，可以提出一些改进措施来增强白车身的强度和刚度。
以下是一些常见的改进措施：3.1 材料优化选择具有更高强度和刚度的材料，如高强度钢或铝合金，可以显著提高白车身的整体强度。
3.2 结构优化通过对车身结构进行优化设计，可以减少材料的使用量，同时提高整体的强度。
SUV白车身扭转刚度的分析与优化_熊辉
日习则学不忘，自勉则身不坠。
— — —徐干
－ 43 －
３）前轮罩处增加接头布置，形成完整的环状路径， 增大环状结构截面面积，加大结构加强件料厚。
４）关键接头部位增加结构胶和焊点，提升车身扭 转刚度。
通过灵敏度分析以及车身结构优化设计，最终计 算得到白车身扭转刚度是 １７ ８７０ Ｎ·ｍ（／ °），提升量为 ４ ０２１ Ｎ·ｍ（／ °），提升率为 ２２．５%，满足项目设定目标。 同时白车身弯曲刚度提升了 １６．７%，弯曲和扭转模态也 得到了有效的提升。
极大提高产品可靠性。因此针对车身的扭转刚度对白 车身进行准确的有限元建模分析成为设计开发中一项 不可缺少的重要内容。
某款 ＳＵＶ 车型扭转刚度分析思路，如图 ３ 所示［２］， 首 先 把 工 程 设 计 ＣＡＴＩＡ 数 模 导 入 有 限 元 分 析 软 件 ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，然后进行单个零件网格建模、连接、支撑、
参考文献 ［１］ 高云凯，蓝晓理，陈鑫． 轿车车身模态修改灵敏度计算分析［Ｊ］． 汽车工
程，２００１，２３（５）：３５２－３５５． ［２］ 仇彬． 轿车白车身扭转刚度分析及结构优化设计［Ｄ］． 安徽：合肥工业
大学，２００７：１８． （收稿日期：２０１５－０９－２７）
人能不食十二日，惟书安可一日无。
— ——陆游
考虑到白车身的受力传力复杂性，本次采用的是 详细有限元模型。建模重点过程分为结构优化、单元 选取、单元数量和质量控制、网格布局及连接方式模
步分析，分析各个环的截面和连续性等；然后挑选出各 个环中的关键件并进行简化建模和灵敏度分析，白车 身简化模型图，如图 ７ 所示。灵敏度分析可以迅速找出 对白车身扭转刚度影响的关键部件并分析出贡献量， 为后期设计优化提供重要的支持。
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。
车身主断面几何特性对白车身刚度影响的研究.
车身主断面几何特性对白车身刚度影响的研究白车身刚度是评价车辆设计可靠性和整车安全性能的重要指标，白车身扭转刚度和弯曲刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节。
作为白车身骨架的地板纵梁，侧围前、中、后柱，上边梁，门槛梁和顶盖前后横梁等构成一个个闭合型腔，支撑起整个车身。
白车身刚度主要由这些闭合型腔的断面即车身结构主断面的几何特性所决定。
因此，研究车身结构主断面几何特性对白车身刚度的影响，对于改进车身结构，改善车辆强度刚度状况，提高车辆安全性和可靠性具有重要的实际工程意义。
2 白车身有限元模型轿车白车身刚度分析有限元模型一般有两种：即板壳单元模型和组合单元模型。
本文采用了板壳单元模型，其优点是对车身的结构分析计算精确度高。
利用某参考样车白车身的几何模型，建立了白车身有限元模型。
根据白车身的结构形式，对模型进行了以下处理。
a.几何清理清除白车身几何模型中的细微特征，例如半径小于15mm的过渡圆角、高度小于2mm的凸台、直径小于10mm的孔等；b.单元质量控制高质量的网格是计算准确的基础，在建模过程中，对单元的尺寸、翘曲、长宽比、偏斜、单元最小内角和最大内角、雅克比等参数进行严格控制；三角形单元百分比控制三角形单元数量的百分比会直接影响计算结果的准确性，一般三角形单元控制在10%以内不会影响计算准确性，在建模过程中，需要严格控制白车身模型中三角形单元的比例，本文白车身模型中的三角形单元比例为7.2%；d.焊点模拟采用REB2方式建模时，严格控制REB2单元和网格垂直，进一步保证模型计算准确性。
整个白车身单元总数为186981个，节点总数为192208个，焊点总数为4070个。
白车身扭转刚度台架试验方法：将白车身放置在试验台架上，约束后悬架支撑固定点处的所有自由度，通过加力装置在前悬架支撑点处施加扭矩。
白车身弯曲刚度台架试验方法：将白车身放置在试验台架上，约束前、后悬架支撑固定点处的所有自由度，在车身纵向对称面、前后坐椅R点x坐标的中点处施加作用力。
《白车身扭转刚度》课件
白车身扭转刚度计算方法
刚度理论基础：介绍扭转刚度计算所依据的理论基础和相关概念。 扭转刚度计算公式：详细讲解白车身扭转刚度的计算方法和公式。 参数和材料输入：说明计算扭转刚度所需的参数和输入材料的要求。
案例分析和应用实例
案例一：探索一个成功的汽车制造案例，展示如何应用白车身扭转刚度来提高车辆性能和安全性。 案例二：介绍一种创新的白车身设计方案，展示其扭转刚度的优势和应用效果。 案例三：使用具体数据和分析结果，展示白车身扭转刚度在车辆稳定性方面的重要性。
结论
总结白车身扭转刚度的作用和应用：强调白车身扭转刚度在汽车制造业中的关键作用和潜在应用。 展望未来的发展趋势：探讨白车身扭转刚度领域的发展方向和趋势。
《白车身扭转刚度》PPT 课件
白车身扭转刚度是一项关键性能指标，对汽车制造业具有重要意义。本课件 将介绍白车身扭转刚度的定义课程背景介绍：探索白车身扭转刚度的关键性能指标。 目标和意义：了解白车身扭转刚度在汽车制造业中的应用和重要意义。
白车身扭转刚度的定义和重要性
白车身扭转刚度概念：解释白车身扭转刚度的定义和基本原理。 白车身扭转刚度的重要性和应用领域：探讨白车身扭转刚度在车辆性能、制造工艺和安全性能中的重要作用。
白车身刚度简介
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在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。
前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。
轿车白车身静刚度分析
nent 中, 这为后期处理带来了方便。在修改模型 或焊点处 理方式时, 只需 要进行 相关 的 co mponent 的修改, 而不需要调 出整个模型, 处理方便 简捷。
第6期
段 伟, 等: 轿车白车身静刚度分析
845
建立的有限元模型如图 1 所示, 有限元模型 具 有 194 000 个 单 元, 196 000 个 节 点, 6 100 个连接点。
( 3) 前围板的最大垂直变形。 由仿真分析可知, 弯曲工况下门槛最大垂直变 形为- 0 53 mm, 该车门坎处的弯曲变形如图 5 所 示。相对弯曲刚度为 13 646 03 N/ mm, 国际一般 使用的设计参考值为 12 200 N/ mm, 因此该样车的 弯曲刚度可以满足设计要求。底部变形测量点分
关键词: 轿车; 白车身; 刚度分析; 有限元
中图分类号: U 270 2
文献标识码: A
文章编号: 1003- 5060( 2008) 06- 0843- 05
Analysis of rigidity of the body- in-white of a car
DU A N Wei1 , SH I Q in1 , ZH A N G L ei2 , L IU Z hao1
Vol. 31 No . 6 Jun. 2008
轿车白车身静刚度分析
段 伟1 , 石 琴1 , 张 雷2 , 刘 钊1
( 1. 合肥工业大学 机械与汽车工程学院, 安徽 合肥 230009; 2. 安徽江淮汽车股份有限公司 技术中心, 安徽 合肥 230020)
摘 要: 文章在 U nig r aphics 软件中建立了白车身的几何三维 模型, 用自行编制 的接口程 序生成命令 流文件,
白车身刚度设计原理介绍
白车身刚度设计原理介绍A柱，B柱，C柱，D柱、顶架以及结合点对整车的刚度起到十分重要的作用。
较弱的局部结合点会破环整车的刚度。
根据弯曲模型，确保A/B/C柱、上侧梁（Cantrail）以及平台（Platform）有良好的连结性。
车身框架（frame work）的设计标准：1.直梁，局部无弱化截面，横梁需要承载载荷。
2.尽可能使用封闭圆形或者矩形截面3.横梁连结处需要采用刚性耦合好的设计是直截面和刚性连接。
梁截面应承载载荷。
避免局部切口或其他减弱连结点，使结构效率最大化。
在重要的连结处采用可靠的截面，以避免在受到载荷时发生偏转和扭矩。
载荷需要加载在中性梁上，避免产生扭矩。
不要梁结构在面板上断开，因为这样会把力传递到关键区域并产生异响。
C柱内圈（C pillar inner ring）:从顶棚到衣帽架钣金处是连续的钣金面板连结。
C柱外圈：从顶棚到轮罩以及地板有良好的刚性连结，避免有应力集中。
图中断面12的断面是C柱区域，聪截面可以看出，C柱的截面尺寸较大并加有加强结构。
衣帽架横梁是一根连续的梁结构连结到侧梁。
当仔细观察衣帽架区域的Y0断面，可以发现：断面尽量是封闭截面。
如果不可避免的要加孔的特征，孔尽量是独立的，尺寸尽可能小，避免出现在前截面处。
如果孔必须出现在前截面上，可以通过增加额外的小支架增强局部的强度。
衣帽架区域：一个环形结构连结衣帽架钣金、轮罩和地板。
奔驰S级以及宝马7系还额外加了一块加强板。
通过观察顶棚Y0截面，可以发现截面的连接处都有加强结构。
通过观察行李箱环状钣金（trunk ring）环状部位，可以发现结构连续且强健，侧梁与行李箱环状钣金都有连接关系。
白车身扭转刚度
整理ppt
白车身刚度是 车身开发阶段研究 的重要内容之一， 对汽车稳定性、舒 适性等具有十分重 要的意义。
整理ppt
试验测试系统与方法
静刚度测试系统 静刚度测试系统包括
（1）静刚度试验台 （2）加载装置 （3）测试及数据采集系统。
整理ppt
（1）静刚度试验台 静刚度试验台主要是依据该车身结构以及前后
整理ppt
Thank You
整理ppt
整理ppt
试验结果
1、弯曲刚度（略） 2、扭转刚度
整理ppt
扭转刚度
车身在凹凸不平的道路上， 抵抗变形的能力称 为扭转刚度。按照车前轴满载F 负荷考虑，施加扭矩 如下：
M=0.5F·S 式中：F 为前轴荷；S 为前轮距。 试验采用分级加载，共分5 级，扭转分为左右两侧加 载；各进行三次重复测量，按三次测量取平均绘制扭 转变形曲线及计算车身扭转刚度。
整理ppt
白车身扭转刚度按下式计算：
Kniu
M
df
l df Yf
r
drlYrdrr
*180
式中分母项为车身前后轴间相对扭转角，单位一般取
（′）。M 为所施加的力矩；dfl、dfr为前轴悬置处左
右传感器变形量绝对值，drl、drr为后轴悬置处左右
传感器变形量绝对值；Yf、Yr为前轴、后轴左右传感
器距离。
整理ppt
结果分析
扭转工况结果分析： 一般通过对比试验数据与理论要求或对标车数
据，来看实验结果的变形量是否满足设计要求，一般 从局部变形和整体变形来分析。列如：扭转工况下， 样车的后门框对角线变形量过大的话， 可能导致在该 车的后两扇门、门与框之间的碰撞，甚至卡死，这对 乘车的舒适性及安全性会带来不利的影响。
CAE白车身扭转刚度分析报告
3.1、 模型说明（带玻璃）
单元类型 焊点类型 螺栓连接 单元个数 节点个数 CAE模型质量 CAD模型时间
SHELL
HEX+RBE3
RBE2
373578
386173
227Kg
2012-10-30
实施日
定制
更 改1 改2
改 改3 改4 改5
2012. 11 .30
秘密级别 绝密
秘密
5.3、扭转刚度位移曲线
扭转刚度值取点分布示意图
页
4/6
Angle(rad)
0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 -0.1 0 -0.1 -0.2 -0.2 -0.3
车身底部扭转变形曲线
500
1000
1500
2000
2500
3000
左侧门槛
右侧门槛
X-Position(mm)
5.4、扭转刚度窗框变形量
文件编号 CAE-F128-NVH-301-01
页
5/6
B1 A1
A2
B2
G1
G2
G3
G4
扭转刚度窗框变形量（mm）
TORSION 前挡风窗 后围玻璃 侧前门（左侧） 侧前门（右侧） 侧后门（左侧） 侧后门（右侧）
序号
G1 G2 G3 G4 A1 A2 A1' A2' B1 B2 B1' B2'
原始尺寸
页
3/6
5.2、扭转刚度值
白车身扭转刚度值
GJ=T/φ=5948Nm/deg T=600Nm φ=0.10087deg
GJ=F*Tr*L/θ=1.04114MNm2/rad F=300N Tr=2000mm L=3054mm θ=0.00176rad
白车身静刚度分析的目的及优化方法
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。
k01白车身刚度分析报告减重20151027
K01设计开发项目白车身刚度分析报告（☑初版/□更改）重庆迪科汽车研究有限公司二〇一五年十月1.数据记录✧初始模型白车身（BIW）✧更改情况无2.分析内容（1）白车身弯曲刚度分析（2）白车身扭转刚度分析3.模型简述✧使用软件前处理：Hypermesh；求解器：Radioss✧建模过程网格划分白车身结构可分为五个总成：顶盖、地板、侧围、后围和前围，依次对各总成进行有限元模型的建立，再将其焊接为一整体。
建立白车身有限元模型的步骤包括几何模型分析、几何清理、模型简化、网格划分、单元质量检查、设置材料和单元属性、各部件焊接等。
由于白车身主要是由大的钢板覆盖件组成，其厚度尺寸远远小于其他尺寸，故白车身网格选用PSHELL的壳单元形式。
采用各总成逐个划分、连接，再总装的方式进行整车的有限元建模。
据工程实践和硬件条件，选取有限元网格的大小为8mm。
根据前面所述的几何清理原则，选用8mm的壳单元网格对各总成进行离散化，建立各总成对应的有限元模型如图3.1——图3.5所示：图3.1 车顶总成的有限元模型图3.2侧围总成的有限元模型图3.3后围总成有限元模型图3.4地板的几何及有限元模型图3.5前围的几何及有限元模型白车身各部件连接白车身大部分零部件是薄板冲压件，各零部件之间主要是通过焊接工艺实现连接，本次运用了点焊、缝焊等。
根据所提供的焊点图，在Hypermesh中通过运用spot-weld单元来把各板件焊点位置的节点连接起来，以此来模拟实际的焊点。
焊点材料选用08AL，焊点直径为7mm。
焊接完成后，焊点周围单元的质量可能会变差，通常需要对这些单元进行重新划分。
有限元焊接结果如图3.6所示图3.6 有限元焊接效果图由于工艺和部件性能的要求，在顶盖与顶盖横梁处，运用了粘胶连接。
本次分析采用了软件的粘胶连接来实现这些有限元部件的连接，通过这样的处理能更好的模拟结构的实际性能。
有限元粘接效果如图3.7所示。
图3.7有限元粘胶连接效果图在前围总成中还采用了螺栓连接，这主要是一些不需永久连接、进行更换的部件。
白车身扭转刚度分析方法对比-顺便谈谈蔚来ES8
白车身扭转刚度分析方法对比-顺便谈谈蔚来ES81概述在上一篇文章《白车身弯曲刚度分析方法对比》中，我们介绍了白车身弯曲刚度分析方法，在这一篇文章中我们将接着介绍扭转刚度分析方法。
因为同属车身刚度分析，所以本文重复了上一篇的少部分文字。
好在两篇文章都是本人所作，并不涉嫌抄袭。
白车身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。
白车身刚度与整车多项性能均有关联，例如耐久性能、碰撞安全性能、操稳性能和NVH性能等。
通常我们主要关注两个车身刚度指标，即弯曲刚度和扭转刚度。
当前的主流设计趋势就是在控制成本和重量的前提下，尽量将车身弯扭刚度提升。
对于乘用车而言，白车身的扭转刚度相比弯曲刚度更值得关注。
白车身的失效形式以扭转疲劳为主，当扭转刚度不足时，车身在外力作用下将发生较大的扭转变形，反复加载后局部薄弱点就可能疲劳破坏。
如果车身扭转刚度不足，行驶时车身变形较大，可能导致整车各部件之间发生摩擦异响；尤其是背门框和侧门框会产生较大的洞口变形量，影响车辆动态密封性能。
白车身扭转刚度对整车操稳性能也有明显影响。
白车身扭转刚度还是白车身轻量化程度的重要表征。
国际上流行的一个重要的车身设计指标—轻量化系数，就是根据白车身扭转刚度、白车身质量、轴距和轮距计算得到的。
相比白车身弯曲刚度分析方法，扭转刚度分析方法还不算特别混乱，但也存在很多不一致的地方。
本文将对国内汽车业内常用的几种白车身扭转刚度分析方案作对比分析。
在本文的末尾，还将对最近热度非凡的蔚来ES8白车身扭转刚度数值进行简单的点评。
2有限元模型对比虽然名称叫白车身扭转刚度分析，但所用的白车身有限元模型并不一定是传统意义的BIW模型。
有些主机厂所分析的模型是BIW，有些则是BIW加风挡玻璃也就是所谓的BIP模型。
对于电动车而言，分析模型还可能是BIW+电池包，或者BIP玻璃+电池包。
其中BIP模型使用的最为广泛。
上面所提到的BIW，指的是焊接或者铆接车身的本体部分，不包括四门两盖、仪表板支撑横梁、翼子板等部件以及粘在车身的玻璃。
白车身弯曲刚度分析报告
编号：QQ-PD-PK-066白车身弯曲刚度分析报告项目名称：QQ458321486编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：XX汽车有限公司2013年03月目录1分析目的 (1)2使用软件说明 (1)3有限元模型建立 (1)4白车身弯曲刚度分析边界条件 (1)5分析结果 (3)6结论 (10)1分析目的车身是轿车的关键总成，除了保证外形美观以外，汽车设计工程师们更注重车身结构的设计。
车身应有足够的刚度，刚度不足，会导致车身局部区域出现大的变形，从而影响了车的正常使用。
低的刚度必然伴随有低的固有频率，易发生结构共振和声响。
本报告以QQ白车身为分析对象，利用有限元法，对其进行了弯曲刚度分析。
2使用软件说明本次分析采用Hypermesh作前处理，Altair optistruct求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器于一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
Altair Optistruct最强大的功能是其友好的CAO接口，通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3有限元模型建立根据设计部门提供的白车身的工艺数模建立QQ的计算模型，对模型进行了有限元离散处理：白车身所有零部件都采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要；粘胶用实体单元模拟，焊点采用CWELD 和RBE2单元模拟。
其中四边形单元469700个，三角形单元15543个，三角形单元比例3.4%。
白车身弯曲刚度分析
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
试验结果
1、弯曲刚度（略） 2、扭转刚度
扭转刚度
车身在凹凸不平的道路上， 抵抗变形的能力称 为扭转刚度。按照车前轴满载F 负荷考虑，施加扭矩 如下：
M=0.5F·S 式中：F 为前轴荷；S 为前轮距。 试验采用分级加载，共分5 级，扭转分为左右两侧加 载；各进行三次重复测量，按三次测量取平均绘制扭 转变形曲线及计算车身扭转刚度。
（2）加载装置 加载装置包括千斤顶、力传感器和标准砝码对
于扭转工况， 通过放在力传感器上的千斤顶对试验 台前臂施加力的作用，对白车身产生扭矩；弯曲工况 则根据该车的实际载重布置情况， 在车身不同位置 加载标准砝码，通过支撑点对其产生弯矩。
（3）测试及数据采集系统 测试及数据采集系统包括了位移传感器、门窗
扭转工况结果分析： 一般通过对比试验数据与理论要求或对标车数
据，来看实验结果的变形量是否满足设计要求，一般 从局部变形和整体变形来分析。列如：扭转工况下， 样车的后门框对角线变形量过大的话， 可能导致在 该车的后两扇门、门与框之间的碰撞，甚至卡死，这 对乘车的舒适性及安全性会带来不利的影响。
Thank You
白车身扭转刚度按下式计算：
Kniu
M
பைடு நூலகம்df
l df Yf
r
drlYrdrr
*180
式中分母项为车身前后轴间相对扭转角，单位一般取
（′）。M 为所施加的力矩；dfl、dfr为前轴悬置处左
右传感器变形量绝对值，drl、drr为后轴悬置处左右
传感器变形量绝对值；Yf、Yr为前轴、后轴左右传
感器距离。
结果分析
一 白车身扭转刚度
白车身刚度是
车身开发阶段研究 的重要内容之一， 对汽车稳定性、舒 适性等具有十分重 要的意义。
SAE-C2009C168白车身静刚度分析
1郾 25m, 所以 该 车 的 最 大 扭 转 载 荷 为 M = 0郾 5 伊 1025 伊 9郾 8 伊
1郾 565N·m = 7835N·m。
摇 摇 采取逐步加载的方式进行加载, 得到相应转矩下该车的
转角和扭转刚度见表 3。
表 3摇 各载荷工况下轴间扭转角和抗扭刚度
转矩 / N·m
转角 / ( 忆)
1562
SAE鄄C2009C168
2009 中国汽车工程学会年会论文集摇
白车身静刚度分析
张雷摇 陶其铭摇 丁锡幸
安徽江淮汽车股份有限公司技术中心
摇 摇 揖 摘要铱 摇 本文采用 UG 和 ANSYS 软件建立了某国产中高级轿车白车身有限元模型, 通过对其刚度的分析和对国内外同 级别的车型进行比较来判断该轿车的刚度情况。 针对分析结果和相关车型的比较后对该车刚度情况做了一定的分析, 通过相 关实验进行验证, 为后续相关的优化和改进提供了依据。 摇 摇 揖 关键词铱 摇 轿车摇 白车身摇 ANSYS摇 刚度分析
1564
SAE鄄C2009C168
2009 中国汽车工程学会年会论文集摇
源的限制, 单元的基本大小要有一定的限度。 本文将车身结 性, 而单元的质量是模型质量的有力保证。 本文网格划分采
构单元的基本尺寸定为 25mm, 对于比较平整的部位单元尺 取手动控制的划分方法, 即控制单元长度, 进行整体划分,
图 4摇 整车焊点情况
2郾 2摇 单元的选取及单元特性
摇 摇 本文选用 ANSYS 提供的三维板单元 Shell63。 Shell63 既 具有弯曲能力又具有膜力, 可以承受平面内载荷和法向载 荷。 本单元每个节点具有 6 个自由度, 即: 沿节点坐标系 X、 Y、 Z 方向的平动和绕节点坐标系 X、 Y、 Z 轴的转动。 应力刚化和大变形能力已经考虑在其中。 在大变形分析( 有 限转动)中可以采用不变的切向刚度矩阵[3] 。 三维板壳单元 示意图如图 5 所示。
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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
在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。
前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。
同时，前轴扭转夹具对车身前部起到了支撑作用，扭转刚度试验如图2所示。
故有限元模型中，扭转工况的边界条件为：后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度，前减震塔约束X方向的自由度。
扭转工况的载荷施加在前减震塔中心点上，在垂向施加大小相等方向相反的载荷。
载荷的大小通过公式F=M/L求得，其中M为试验要求的扭矩值，L为左右减震塔中心之间的距离。
在线性分析中，施加扭矩的大小和最后计算得到的刚度值无关，但是为了和试验中测点的位移作对比，分析中施加的扭矩大小应该和试验的相同，故分析中施加的扭矩为4080Nm，如图3所示。
图2 扭转刚度试验装置图
图3 扭转工况示意图
弯曲刚度试验中，固定夹具通过球铰作用于前后减震塔上，试验过程中前部机构在X方向会产生微小的位移，故有限元模型中，弯曲工况的边界条件为：前减震塔约束Y,Z 2个方向的自由度，后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度。
根据试验要求，弯曲刚度的分析，包括中部加载工况和后部中间加载工况两种工况。
中部加载工况：在前排座椅安装点处共施加6670N载荷。
试验时将木块置于前排座椅安装点上，然后在木块上进行加载，如图4所示；在有限元模型中，将6670N 均布在前排座椅安装点处，如图5所示。
图4 弯曲刚度试验中部加载方式
图5 弯曲工况示意图
后部中间加载工况：在行李箱中部加载3335N。
试验时将木板横放在行李箱中部地板上，木板边缘与车身内壁的距离为70mm，木板的宽度为400mm，然后在木板上进行加载，如图6所示；有限元模型中的实现方式为，将载荷3335N均布在图7所示的矩形区域内（不包括模型中下凹部分），矩形的尺寸和位置按照试验中木板的尺寸和位置来确定。
图6 弯曲刚度试验后部加载方式
图7 弯曲工况后部加载示意图
2.3 输出点的选取
试验中在车身底部布置测点，测点的布置方式如图8所示。
为了考察车身的总体刚度情况，并能更准确地与试验结果作对比，在白车身上共选取320个点，作为Z向相对位移的结果输出，然后求得刚度值。
车身各部件上选取的输出点按特定的节点号排列。
为了方便观察选取点的位移情况，在选取点之间创建PLOTEL单元，如图9、图10所示，图中方框中的数字代表两节点之间均布的节点数。
图8 车身底部测点布置示意图
图9 车身底部PLOTEL单元示意图
图10 顶部和侧围PLOTEL单元示意图
3 白车身刚度分析及数据处理
利用OptiStruct求解器，对白车身在上述载荷工况下进行静态分析，得到扭转工况和弯曲工况下的Z向位移分布，如图11、图12、图13所示。
图11 扭转工况下白车身Z向位移分布图
图12 弯曲工况下白车身Z向位移分布图（工况一）
图13 弯曲工况下白车身Z向位移分布图（工况二）
在HyperView中，将上述定义的输出点的坐标值和位移值输出到Excel表中，根
据门窗输出点分析前后的坐标值，计算出各工况下门窗对角线的位移变化量，计算结果均小于2mm，满足要求。
扭转刚度的计算，选取前左右减震塔3、15点的Z向位移输出，按下式计算：
M为施加的扭矩；和为ΔZ3和ΔZ15的Z向位移值；L为点3与点15之间的距离。
其它输出点作为参考点，以便于和试验结果作对比。
弯曲刚度的计算，选取所有输出点中的最大位移值，按下式计算：
F为弯曲工况中总的加载力；Dmax为选取点中Z向最大位移值。
白车身扭转和弯曲刚度的计算结果和试验结果的对比如表1所示。
表1 弯曲刚度和扭转刚度计算值
4 结论
有限元模拟计算的结果与实验结果有较好的吻合，误差不超过15%，说明有限元建模、边界条件和载荷的处理，以及后处理中数据处理的合理性。