白车身扭转刚度分析报告
白车身扭转刚度分析及优化_翁洋-13
白车身扭转刚度分析及优化翁洋张伟（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海，200804）摘要：白车身结构是否具备合理的静态扭转和弯曲刚度对于提升整车的结构耐久和NVH性能是至关重要的。
不同的车型，刚度的目标值也不同。
车身结构的刚度值可以通过试验或者有限元分析得到，使用有限元方法来模拟白车身刚度试验，通过试验结果来验证有限元分析的正确性。
BIW Torsion Stiffness Analysis & OptimizationAbstract：Adequate static torsion stiffness of BIW is essential for better overall durability and NVH performance. Stiffness targets vary for different vehicles. The stiffness can be evaluated experimentally and analytically. The FE results can be used to correlate CAE to testing data.引言在小型乘用车设计开发中，对车身结构设计进行有限元分析计算是有效缩短产品开发周期、节约产品开发及实验费用、提高产品可靠性的重要技术手段。
因此车身的扭转和弯曲刚度作为衡量车身设计的一项重要条件，对其进行准确的分析计算成为设计开发中的一项不可缺少的重要内容。
为了和白车身刚度试验结果对比，分析中所需的零件需要和试验一致。
可以通过优化软件进行DOE分析，并根据分析结果调整对产品性能起主要作用的参数进行优化设计。
建立有限元模型本文所涉及的有限元模型采用Hypermesh进行前处理。
网格模型由Quard4、Tria3单元以及相应的焊接单元构成，并且单元质量符合指定的建模标准。
模型结构如图所示白车身结构网格模型边界条件后减震塔约束3个方向的自由度，前横梁中心约束5个方向的自由度。
轿车车身模态及扭转刚度灵敏度分析
地板 等 部件 的板厚 对 一阶扭 转 固有频 率 的灵敏度 系
数较 大 ，即图 ３所 示部 件板厚 的改 变对 车身 一 阶扭 转模 态频 率 影响较 大 ， 图 ４ 见 。
图 ２ 参 与 灵敏 度 分 析 的 车身 部 件
．
ｚ １
２ 车 身 结构 模 态 特 性 灵 敏 度 分 析
・
４ ・ ３
设 计 － 究 碉
００ ．７
００ ．６
汽 科 第６ ０１ １ 车 技 期２１年１月
Ｏ．５ ０
００ ．４
００ ．３
萋． ０ ０ ２
０ Ｏｌ ． ０ ．
图 ４
灵敏 度 系数 较 大 的 部件
１ ２４２ ８４３ ４ ３ ３ ６ １ １ １ ８ １ ０ ４ ０ ２ ４ ３１ ｌ３ ７ ９ ２ ４１ ９ ４ ９ ９ ９ ｏ ５ ９ ３ １ ７
３６ ９
后 搁 板 侧 围
承 载 地 板
频 率值 作 为优化 的约束 条件 ，白车 身 重量做 为优 化
目标 。 由模 态分析 理 论可知 ，系统振 动 固有频 率 特性
可 由式 （ ） 定 ： １确 （ —Ｊ ０ Ｋ ｏＭ）＝ ２ （） １
４８ １
后 轮 罩
３３ １
部 件 Ｉ Ｄ
１２ ９
部件 名 称
后 地 板
态 优化 问题 的数学模 型 时 ，首 先需要 确定 决定 结构
特 性 的 设计 变 量 ， 中车 身 结 构 的板 厚 、 料 、 松 其 材 泊 比、 性模 量等 都 可 以被 选做 设计 变量 ， 常将模 态 弹 通
４９ ３ ４２ ２
将振 型 向量对 质量 矩 阵做 归一化 处理 ，并对 式
某轻型载货车白车身刚度和强度试验分析
［ 关键词】白车 身； 静 刚度 ； 静强度 ； 试验分析 ［ 中图分类号 ］ Ｕ ４ ６ ３ ． ８ ２ ［ 文献标志码 ］ Ａ ［ 文章编号 ］ １ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ６ — ０ ５
Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｉ ｆｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ Ｌｉ ｇ ｈ ｔ Ｔｒ ｕ ｃ ｋ ＢＩ Ｗ Ｗａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ， Ｔ ａ ｎ Ｊ ｉ ｊ ｉ ｎ ， Ｘ ｕ Ｚ ｈ ａ ｏ ｙ ｕ ｎ ， Ｗｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ Ｃ ｉ ｔ ｙ ， Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ２ ３ ０ ０ ０ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ，ｌ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｇ ｏ ｏ ｄ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｍａ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ．
轿车白车身扭转刚度的有限元建模与实验分析_张林涛
扭转角／（ ）°
７０
■
６０
■
■
５０
◆
◆
◆ 模型 ■ 实验
４０
◆◆
３０
■ ■
◆
２０
■
◆
■◆
１０
■◆ ■ ◆ ◆◆
０
■■ ■
－ １０
０
１
２
３
４
５
位 置／ｍｍ
（ｂ）车 身 扭 转 角 曲 线 的 模 型 和 实 验 比 较 图 ９ 车身变形和扭转角曲线的模型和实验比较
通过对比可以看出， 模型和实验所得到的曲线 趋势完全一致， 前纵梁模型的对比试验的变形值 稍微大一些， 是因为实验用车在前纵梁处增加了 加强板， 提高了强度， 而有限元模型中没有加。门 槛梁和后纵梁实验的变形值比模型的稍微大一 些， 这和软件中单元属性和实际材料的差别以及 实验过程中存在操作误差和仪器误差有关。整体 来看， 模型的曲线较平滑， 有限元模型的建立还是 比较精确的。 ３．２ 模型和实验所得出的刚度值的比较
扭转角 ／（ ′） ５５．１８ ５９．８４ ６２．４６ ３１．９２ ２７．９０ ２２．６３ １６．４７ １１．５４ ５．０３ ０．４７ － １．７７ － ２．０７
相 应 节 点 的 变 形／ｍｍ
－ １．５７６
－ ３．７２
－ ５．８６４
－ ８．００８
－ １０．１５２ － ７０４．６１６ １５５．７８８ １０１６．１９２ １８７６．５９６ ２７３７ 沿 车 身 纵 向 节 点 的 位 置／ｍｍ
图 １ 轿车白车身有限元模型
位在四个车轮的悬置位置， 并用 ＭＰＣ１８４ 单元将约
束与加载位置抽出为四个节点， 以使其与实验状态
相吻合。然后对后悬置点进行 ６ 个自由度的全约束，
基于NVH的白车身扭转刚度分析与研究
光杆两端都固定有同步带轮侗时驱动两侧的边缘滑轨，使受
力均匀，其中2对用于支撑的光杆起导向作用；中央的支承 滑轨由2对光杆驱动，受力均匀;支承滑轨下端的丝杠配有1
对光杆，使得支承座在运动时受力均匀;支承滑轨四角固定有
4根由于支撑的光杆，使得机构在运行时保持稳定;支承座四
某车型在受到静态载荷时所产生的扭转刚度进行力学分 析，根据车身实际受外载荷的情况下设定一定的边界约束
形式和加载方式，建立有限元模型。通过CAE计算分析
与刚度试验验证，找出车身因刚度不足引起车身的共振 点，达到提高车身局部刚度的设计要求。
关键词：白车身;有限元分析;扭转刚度
0 引言
汽车车身是在运动过程中主要的承载对象，由于它的 组成零件繁多、结构复杂及工况复杂，其中主要工况包括驱 动惯性力、制动惯性力、转弯惯性力、不平路面反作用力及 不同位置的发动机总成载荷。例如驾驶员和乘客的重量使 车身底板承受重力，侧围板的重力产生的扭矩及路面不平 产生的随机载荷使车身发生扭转。在现代车身结构进行设 计时，若汽车车身刚度不足会引起车身振动频率过低导致 结构共振,进而削弱结构接头连接强度，最终引起门窗、门 框、行李箱开口和发动机罩口等处变形较大使车门卡死、玻 璃破碎、密封不严以致渗风、漏雨及内饰脱落等。因此对汽
沿Z向且相反的集中载荷为1850 N （如图2所示）。由 Hypermesh分析得到车身扭转刚度位移云图（如图3所
示），可知最大变形量为3.844mm,则车身左右前悬置处的
Hale Waihona Puke 最大扭转角由公式（1）得amax max
=
arc tan—―L —
=
0.244°
最大扭转刚度由公式（2）得
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。
轿车白车身静刚度分析_夏国林
图５ 轿车白车身扭转刚度扭转角计算值结果图
３．３ 弯曲刚度计算 车身结构的弯曲刚度计算模型的边界条件处理
关键问题是边界条件的处理。本文通过在车身的前、 后悬架安装处利用ＭＰＣ１８４单元建立塔形支撑， 约束 后塔形塔尖处的６个自由度及前塔形两塔尖中点处的 ６个自由度， 在前塔形两塔尖处施加大小相等方向相 反的竖直方向的集中力， 如图３所示。白车身的扭转变 形图如图４所示。由图可以得到前部两塔尖处的变形 分别为±３．９７６ ６ ｍｍ， 由式（ ２） 可以求出车身的扭转角 度 为 ０．３６７°， 其 中 Ｕ１ ＝３．９７６ｍｍ， Ｕ２＝－ ３．９７６ ｍｍ， Ｂ＝ ６２０×２ ｍｍ 。由式（ １） 可以求出在５ ４００ Ｎ·ｍ的扭转工 况下， 该模型的扭转刚度为１４ ７１４．３ Ｎ·ｍ／ｄｅｇ。
图３ 扭转刚度分析模型的边界条件
（ ａ）
（ ｂ）
图４ 白车身扭转刚度变形图
最 大 扭 转 载 荷 根 据 下 式 确 定 ［ ５］ ：
Ｍ＝０．５×前 轴 最 大 负 荷 ×轮 距
本 文 所 研 究 的 样 车 前 轴 最 大 负 荷 为 １ ０２５
ｋｇ， 轮 距 为 １．２５ ｍ， 所 以 该 车 的 最 大 扭 转 载 荷 Ｍ＝
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ［ Ｊ］ ．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ，
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｇｒａｐｈ； ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｏｒｔ； ａｓｓｅｍｂｌｙ ｓｅｑｕｅｎｃｅ
120_白车身扭转刚度分析
B1
1306.032
B2
900.872
D1
1319.127
D2
1347.472
1341.06 1304.43 1305.633 901.658 1320.17 1346.516
2.059 -2.044 -0.399 0.786 1.043 -0.956
变形率 （%）
0.154 -0.156 -0.031 0.087 0.079 -0.071
单元数（个） 749149
节点数（个） 三角形比例（%）
998923
1.2
质量(kg) 407.4
白车身扭转刚度分析：边界条件
123456 后减震器与车身连接处
3
前减震器与车身连接处两点中点
Mx= 2000N·m 在前螺旋弹簧与车身连接点施加力，形成绕X轴2000N·m的扭矩
白车身扭转刚度分析：扭转变形曲线
NASTRAN
参考标准： 标准
结论：
白车身扭转刚度满足目标值。 窗框、门框变形率满足目标值。
A1 前风窗框
A2
B1 左门框
B2
C1 后背门框
C2
各窗框、门框 变形率（%）
0.154 -0.156 -0.031 0.087 0.079 -0.071
目标值 ＜0.2%
白车身扭转刚度分析：模型信息
模型信息
测量点扭转角（°）
扭转变形曲线
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
测量点X向坐标（mm）
白车身扭转刚度分析：门窗框变形表
轿车白车身弯扭静刚度试验方法研究
10.16638/ki.1671-7988.2021.09.033轿车白车身弯扭静刚度试验方法研究王多华（重庆车辆检测研究院有限公司，重庆404100）摘要：随着汽车人均保有量的增加，人们对汽车舒适性的要求越来越高，轿车车身刚度是影响整车舒适性的重要指标之一，同时它还影响汽车的安全性能。
在汽车车身开发阶段，各大车企都会测试自己所开发车型的白车身刚度情况。
文章主要分析了白车身弯扭刚度试验结果影响因素以及各试验方法的差异性，为后续的车身开发者提供一点思路与建议。
关键词：白车身；弯扭刚度中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)09-117-03Research on Test Method of Bending Torsional Static Stiffness of Car Body in WhiteWang Duohua（Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co., Ltd., Chongqing 404100）Abstract: With the increase of car ownership per capita, people have higher and higher requirements for vehicle comfort. Car body stiffness is one of the important indicators affecting the comfort of the vehicle, and it also affects the safety performance of the car. In the stage of auto body development, all major car companies will test the stiffness of their developed models in BIW. This paper mainly analyzes the influence factors of BIW bending and torsion stiffness test results and the differences of various test methods, and provides some ideas and suggestions for the follow-up body developers.Keywords: BIW; Bending and torsion stiffnessCLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)09-117-031 引言轿车在不平路面行驶或高速行驶时，时刻承受着弯曲、扭转、空气阻力等多方面作用力，若是汽车自身刚度不够，或刚度分布不合理，就很有可能出现车身整体或局部变形过大，严重影响乘员乘坐舒适性和安全性的情况。
车身扭转刚度分析及拓扑优化
白车身扭转刚度分析及拓扑优化Torsion Stiffness Analysis and TopologyOptimization of Body in White摘要: 白车身（Body in White, BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各方面的性能有着直接或间接的影响。
本文在已有量产车型基础上，运用HyperMorph工具建立了轴距加长150 mm对应的Morph模型。
以Morph模型为研究对象，以扭转工况对应的柔度最小化为目标，利用OptiStruct软件进行了拓扑优化分析。
基于拓扑优化结果，对后地板横梁加强板、连接板、后围结构进行了形状优化和截面优化，优化后扭转刚度提升了4.85 %，对后续的设计具有一定的指导意义。
关键词:白车身，Morph模型，扭转刚度，OptiStruct，拓扑优化Abstract:The torsion stiffness of the Body in White (BIW) is one of the important mechanical properties of the body, and has a direct or indirect effect on the performance of all aspects of the vehicle. In this paper, based on the existing production models, the corresponding Morph model with 150 mm longer wheelbase was established by using HyperMorph tool. Then, taking Morph model as the research object and aiming at minimizing the compliance corresponding to the BIW torsion condition, topology optimization analysis was carried out by using OptiStruct software. Finally, based on the results of topology optimization, shape and section optimization were carried out for the rear floor beam reinforcing plate, connecting plate and the rear frame structure. As a result, the torsion stiffness is improved by 4.85 % after optimization, which has certain guiding significance for the subsequent design.Key words:Body in White, Morph model, torsion stiffness, OptiStruct, topology optimization1 概述随着经济的快速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。
实验 白车身弯扭刚度测试
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
导出实验报告
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
保存
汽车车身结构与设计
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
选择弯曲刚度/扭转刚度
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
进入系统，点击左上方的型号管理，进入子模块，见下图。
汽车车身结试
添加型号
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
根据实际参数填写
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
实验 汽车白车身静态弯曲、扭转刚度测试
• 实验目的及要求
1. 被测试车身部件按照使用过程中的约束条件和载荷条件进行模拟工况试 验，在试验条件下进行弯曲刚度测试。 2.测定承载式车身在静载荷作用下的弯曲变形状态，从而计算并评价车身 结构的刚度是否合适。 3.通过试验测得各位移传感器变化量。 4.分析车身承受静态弯曲载荷时的结构变形。
汽车车身结构与设计
系统工作原理示意图
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
弯曲刚度测试
汽车车身结构与设计
扭转刚度测试
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
• 实验步骤：
1. 固定加载梁并使其水平。 2. 布置传感器，根据软件要求测得数值，输入软件。 3. 实验准备
a．选择弯曲刚度（左）。 b．选择型号。 c．预加载（点击预加载按钮）。 注：预加载是为了消除机械间隙，消除实验误差。 4. 开始实验 点击开始按钮即可。 6. 导出实验报告 a. 点击报告按钮，进出下图界面。
•实验设备
汽车白车身刚度检测台，工控机，附带工具（线性位移传感器、力传感器、 数据采集系统），白车身。
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,
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。
白车身刚度强度试验
识别能力等的重要因素。
车身结构对NVH的影响
• 如果白车身静刚度不合理，当轿车的车身受到外界振动源(如发动机、 路面及悬架系统等)激励后会产生车身总体的弯曲和扭转振动，同时还 会引起部分板件产生局部的振动，当激励频率与车身结构的固有频率
吻合或接近时引起车身的共振时，可造成车身内部的低频噪声(隆隆
声)。合理地控制白车身的静刚度，可以较好地改善由车身结构产生的 车内噪声，避免产生车身共振。
车身底部测量点位置选择在前后纵梁和门槛粱等承载件上。
间隔距离为300～350ram，每个测量点上布置一个位移传感器。
刚度试验分析工作原理
谢谢！
什么是白车身
什么是白车身
定义：白车身是指完成焊接但未涂装之前的车身，包括四门两盖等运 动件。
整车
白车身
地盘
内饰
动力总成
电子系统
为什么要进行刚度实验
• 轿车白车身的静刚度特性反映了车身承载扭转和弯曲载荷的能力，是 白车身整体性能的体现。
• 轿车关键性指标中的NVH性能与车身静刚度特性紧密相关。
• 可靠性、安令性，以及操纵稳定性、动力响应特性和燃油经济性等都 与车身静刚度有关联。
车身结构对NVH的影响
• 轿车的NVH性能，可以简单概括为噪声(Noise)、振动(Vibration)和行 驶舒适性(Harshness)。其中的噪声(包括车内噪声和车外噪声)与车身的
结构关系密切，它是影响乘坐舒适性、行驶时车内的语言清晰度、对
乘客的听觉损害程度、行车的安全性以及人在车内时对车外各种声源
nvh如果白车身静刚度不合理当轿车的车身受到外界振动源如发动机路面及悬架系统等激励后会产生车身总体的弯曲和扭转振动同时还会引起部分板件产生局部的振动当激励频率与车身结构的固有频率吻合或接近时引起车身的共振时可造成车身内部的低频噪声隆隆声
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。
白车身刚度强度测定
i．选择前、后座椅中的4点加载。
试验对象载荷条件
(2)弯曲加载载荷 弯曲刚度测试的加载力值无通用做法，但加载力值中 一般要考虑发动机总成及附件、变速器总成、空调系 统、乘员质量、行李质量。 中央1点加载其弯曲载荷值可以取F=1．8 X乘员舱最 大荷重 或按1 000、2 000、3 000 N等梯级载荷加 载 。 按乘员载荷加载，以一定顺序和大小分别施加在发动 机舱、乘员舱、行李箱中，加载大小考虑如下方面。
(1)弯曲加载位置 在弯曲工况时，普通乘用车车身的弯曲刚度测量的加载位置通 常有中央1点加载和按乘员、载荷加载2种方式 。 中央1点加载易于获得普通乘用车车身的弯曲刚度值，在简化情 况下可假定车身整体是一根具有均匀弯曲刚度的简支梁，用中 央1点集中加载的方法求得前后轴间的弯曲刚度值。该点可以是 前后轴中点连线的中间点、自车身质心、前座椅后横梁支承点 连线的中点。普通乘用车车身弯曲刚度中央1点测量约束见图2。
白车身弯扭特性对普通乘用车的重要性
对车身NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能的影响
白车身弯扭特性对普通乘用车的重要性
车身是一个多自由度的弹性系统，在外界的激励作用下将 产生振动和无限多的固有振型，如果车身的整车刚度和局 部刚度不合适，将会产生共振，使人体不适应，还会带来 噪声和部件的疲劳损坏，破坏车身表面的保护层和车身的 密封性，从而削弱抗腐蚀性能。
对车身结构功能可靠性的影响
白车身弯扭特性对普通乘用车的重要性
普通乘用车车身刚度直接影响普通乘用车车身的 功能：整体刚度低，直接降低普通乘用车的承载 使用性能；局部刚度低，使车身局部变形增加， 降低局部安装能力：车身刚度低还会使窗口部分 变形增大，造成车门、车窗、发动机舱、行李舱 开关困难，还会降低防尘、防雨的密封性。
白车身刚度实验报告060901
二、白车身静刚度试验1 白车身弯曲刚度试验1.1 测试仪器设备加载设备：千斤顶2只，力传感器2只，应变仪1台； 位移采集：Topcom GTS 801全站仪。
1.2 车身支承及加载方式在车身轮位附近设置4个铰支点，支承点如图1、2所示。
在车身中柱下方车身底部用2只千斤顶加载，加载力的大小由力传感器测定，并保持一致。
加载现场如图3、4所示。
4个支点的相对位置平面图如图5所示。
图1 前支点 图2 后支点图3 左侧加载 图4 右侧加载图5 支点相对位置示意图 图6测点分布平面图1.3 测点布置在车身前窗平台上选择两个镜像点作为位移测点1#、2#，在车身中柱上方顶部选择两个镜像点作为位移测量点3#、4#，平面图如图6所示，测点照片如图7、8所示。
弯曲试验时，仅采集3#、4#测点的垂向坐标变化，用于计算测点的垂向位移。
图7 1#、2#测点 图8 3#、4#测点1.4 弯曲试验实测原始数据3#、4#号测点实测垂向坐标值见表1。
表1. 测点垂向坐标实测原始数据1.5 弯曲刚度折算方法及结果车身结构基本对称，以等刚度等效简支梁的弯曲模拟车身的弯曲变形。
如图9所示，在力P 作用下，A 点的横向位移为：图9 车身弯曲等效简支梁()223A Pa L a x EIL-=其中，EI 为抗弯刚度。
在试验实测中， 1.45, 2.46a m L m ==，则车身等效抗弯刚度为：0.2906AP EI x = 将表1中的测点坐标平移，使零载荷时坐标为零，则力~位移曲线（P~x A ）如图10所示。
图10 弯曲状况力与位移曲线按3#测点计算的曲线平均斜率为：63 1.587710/APk N m x ==⨯。
按4#测点计算的曲线平均斜率为：64 1.649110/APk N m x ==⨯。
取上述两个斜率的平均值作为力~位移曲线斜率，则车身的平均等效抗弯刚度为：620.4710()EI Nm =⨯2 白车身扭转刚度试验2.1 试验仪器设备所用仪器设备与弯曲刚度试验的完全相同。
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。
白车身扭转刚度分析报告
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白车身扭转刚度分析边界条件 (1)5分析结果 (3)6结论 (9)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白车身为研究对象，利用有限元法，对其进行扭转刚度分析。
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与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可以进行形状、尺寸、拓扑结构等优化，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，焊接采用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%。
图1 QQ数模及有限元模型4白车身扭转刚度分析边界条件对设计车QQ施加边界条件：在前悬架与车身连接处约束X、Y、Z移动自由度和X、Y的旋转自由度，分三个子工况在后悬架板簧前吊耳铰接处、两吊耳中间限位支架处和板簧后吊耳铰接处施加大小为3000N、方向相反两个集中力。
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后纵梁
扭角（°）
扭角（°）
Z1-Z2（mm）
1
100
-0.390
-0.03058
2
400
-0.896
-0.06940
3
700
-1.459
-0.10761 -2.214
-0.09329
4
900
-2.188
-0.14857 -3.040
-0.12533
5
1200
-2.941
-0.19569 -4.341
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与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 可以进行形状、尺寸、拓扑结构等优化，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
4
900
-2.174
-0.14762 -3.079
-0.12693
5
1200
-2.889
-0.19223 -4.363
-0.18384
6
1500
-3.643
-0.24516 -5.735
-0.24133
7
1800
-4.937
-0.29640 -7.016
-0.29497
8
2100
-8.137
-0.34283
序号
X 坐标 （mm）
考核点垂向变形量 Z1-Z2（mm）/扭角（°）
门槛 前纵梁
扭角（°） Z1-Z2 Z1-Z2（mm）
（mm）
后纵梁
扭角（°）
扭角（°）
Z1-Z2（mm）
1
100
-0.377
-0.02956
2
400
-0.890
-0.06893
3
700
-1.452
-0.10709 -2.239
-0.09434
-0.06994
3
700
-1.474
-0.10871 -2.196
-0.09253
4
900
-2.205
-0.14972 -2.998
-0.12360
5
1200
-2.986
-0.19869 -4.237
-0.17853
6
1500
-3.825
-0.25741 -5.528
-0.23262
7
1800
-5.172
-0.45310
11 2800
-8.303
-0.48542
12 3000
-8.666
-0.50659
13 3200
-8.770
-0.51314
扭转子工况 2 变形曲线见下图：
图 10 扭转子工况 2 变形曲线图 第 7页 共 9 页
白车身扭转刚度分析报告
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表 4 扭转子工况 3 考核点变形值
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，焊接采用 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%。
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图 6 QQ 白车身 Z 向变形图（子工况 2）
图 7 QQ 白车身 Z 向变形图（子工况 3）
根据分析得到的位移数值，可以求出各个子工况的扭转刚度。 扭角计算公式为：θ＝arcsin((|Z1-Z2|)/Y)，其中 Z1、Z2 为左右加载点 Z 向位移，Y 为 左右加载点 Y 向距离。 扭转刚度计算公式为：扭转刚度＝ (T 180) /( ) 白车身三个扭转子工况下加载点的 Z 向位移、扭角计算值和刚度见下表：
白车身扭转刚度分析报告
项目名称： QQ 458321486
编制： 校对： 审核： 批准：
日期： 日期： 日期： 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 白车身扭转刚度分析边界条件.................................................................................................. 1 5 分析结果...................................................................................................................................... 3 6 结论.............................................................................................................................................. 9
5 分析结果 考虑到本车前悬架为独立悬架，后悬架为板簧连接的非独立悬架，通过分析得到每个
扭转子工况下加载点的最大位移，来计算白车身在每个子工况下的扭转刚度，然后求得平 均扭转刚度作为白车身的扭转刚度。
在各扭转工况下，白车身 Z 向变形图如下：
图 5 QQ 白车身 Z 向变形图（子工况 1） 第 3页 共 9 页
-0.18291
6
1500
-3.749
-0.25229 -5.657
-0.23805
7
1800
-5.105
-0.30648 -6.902
-0.29018
8
2100
-7.964
-0.33554
-6.170
-0.35991
9
2400
-9.293
-0.39114
-7.191
-0.42041
10 2600
-7.750
QQ 数模及有限元模型见下图：
图 1 QQ 数模及有限元模型
4 白车身扭转刚度分析边界条件 对设计车 QQ 施加边界条件：在前悬架与车身连接处约束 X、Y、Z 移动自由度和 X、
Y 的旋转自由度，分三个子工况在后悬架板簧前吊耳铰接处、两吊耳中间限位支架处和板 簧后吊耳铰接处施加大小为 3000N、方向相反两个集中力。
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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 白车身为研究对象，利用有限元法，对其进行扭转刚度分析。 2 使用软件说明
第 4页 共 9 页
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表 1 加载点位移和刚度表
子工况 1
子工况 2
子工况 3
左、右加载点位移
3.379
3.361
4.85
（mm）
-4.106
-5.412
-5.623
扭角（º）
0.438
0.513
0.612
刚度（N·mm/ º）
6718.9
5732.4
4801.9
白车身扭转刚度分析各子工况边界条件的加载如下：
第 1页 共 9 页
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图 2 白车身扭转刚度分析子工况 1 边界条件
图 3 白车身扭转刚度分析子工况 2 边界条件 第 2页 共 9 页
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图 4 白车身扭转刚度分析子工况 3 边界条件
-0.31051 -6.692
-0.28135
8
2100
-7.648
-0.32223
-6.182
-0.360619来自2400-8.761
-0.36874
-7.101
-0.41515
10 2600
-7.461
-0.43620
11 2800
-7.718