轿车白车身扭转静刚度试验平台约束方案设计与开发
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。
轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE
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。
白车身扭转刚度
(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。
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(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
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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
悬架的安装形式, 采用专用夹具将白车身与试验台 刚性连接,车身前后调平,中轴线和扭转横梁中心 线一致。对于弯曲刚度测试和扭转刚度测试,试验 台前T 形支架的状态是不同的, 后支架始终处于固 定状态。弯曲刚度测试时,前T 形支架加双柱支撑, 而扭转刚度测试时,前T 形支架绕其中心旋转一定角 度。
整理刚度
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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。
变形量规、支架、静态应变仪、相关位移测量系统。 车身变形量通过位移传感器转化为电阻的变化量,电 脑通过静态应变仪及应变测量系统, 测出车身对应 测点的变形量。
白车身扭转刚度
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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。
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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。
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(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
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Thank You
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试验结果
1、弯曲刚度(略) 2、扭转刚度
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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。
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白车身扭转刚度按下式计算:
Kniu
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*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。
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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。
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。
白车身静刚度测试系统开发
u s i n g p a r t i c l e s w a r l n o p t i mi z a t i o n nd a g e n e t i c a l g o i r t h ms [ J ] D i g i t a l
me n t o f t h e b o d y a n d t h e h o l e . T h r o u g h t h e a c t u a l v e h i c l e t e s t , t h e c o n s i s t e n c y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e t e s t
白车身 静 刚度 测 试 系统 开发
于瑞 贺 夏 连 姚 烈 顾 宇庆 ( 上海汽车集团股份有限公司技术中心, 上海 2 0 1 8 0 4 )
【 摘要】 文章主要介绍某自 主品牌轿车在白车身静刚度测试系 统上做出的创新。 其中包括试验样件的
定义 , 车身的约束方式及相应 的夹具实现 , 加载装置 自动 化及 闭环 控制 系统。并根 据在 测量过程 中碰 到 的具 体
S i g n a l P r o c e s s i n g , 2 0 0 8 ,1 8 ( 4 ) : 6 5 7— 6 6 8 .
车身刚度 , 约束方式存在着过约束 , 测试夹具不柔
析及 主被动控 制研究 [ J ] . 振动与 冲击 , 2 0 1 5 , 3 4 ( 1 3 ) : 5 3— 5 9 . [ 3 ] 杨万安 , 王强 , 王峰. 车辆过 坎冲击及 残余抖动 主客观 评估关联性分 析[ J ] .噪声与振动控制 , 2 0 1 3 , 3 3 ( 6 ) : 8 2 — 8 6 . [ 4 ] D o r f i H R . T i r e C l e a t I m p a c t a n d F o r c e T r a n s m i s s i o n : M o d —
轿车车身静态扭转刚度及弯曲刚度试验与计算
智能制造数码世界 P.270轿车车身静态扭转刚度及弯曲刚度试验与计算孙宇 泰州劲松股份有限公司摘要:小轿车是当前家庭日常生活中重要的交通工具之一,本文以轿车为探究载体,重点阐述白车身的“静态扭转刚度和白车身弯曲刚度”两个角度的测量、实验与计算,旨在抛砖引玉,期望给同仁在轿车设计过程中提供一定的参考价值与帮助。
关键词:扭转刚度 弯曲刚度 实验 计算1、前言刚度是指汽车车身恢复原形的弹性变形能力,是汽车车身设计的重要指标之一,刚性强度好的汽车,在行驶过程中普通的外力产生的形变程度很小,相反,在不平路面上行驶的汽车发出嘎吱嘎吱的响声,说明这类汽车的刚度较差。
白车身刚度主要用于车辆设计可靠性和整车安全性能的评价,汽车整车开发与设计过程中,必须对白车身扭转刚度和弯曲刚度进行合理分析;汽车的整个车身是靠“闭合型腔”支撑,车身结构主端面的几何性质决定着白车身刚度,实践表明,静态刚度试验中能够暴露汽车白车身设计的问题隐患,有助于白车身设计的改进。
车身刚度包含静态刚度和动态刚度两种,弯曲刚度、扭转刚度、开口变形是衡量车身静态刚度的三种指标;车身前后的变形量用于衡量弯曲刚度,前后风窗洞口和侧门的对角线变化量、车身锁位及车身扭转角等用于衡量扭转刚度,车身受到扭转载荷后车身开口部分对角线的变化量用于衡量开口变形。
2、白车身的扭转刚度的测量扭转刚度主要表现于行驶于不平路面上当汽车车轮不同时碰撞到障碍物时,车身上作用有非对称垂直载荷,结构处于扭转工况。
此时车身所受左右垂直载荷不等,将使其产生扭转变形。
当今时代的乘坐用汽车,对静态抗扭刚度一般要求达到4,000 ~ 9,000 Nm/deg范围内,高性能车要求更高的数值,一般在内15,000–30,000 N m/deg。
这就意味着在驾乘中纵使是驶过复杂路面也不会产生令人不快的动态反应,如车身下沉和侧倾等。
极限扭转工况是车身骨架的开口变形最为剧烈的一种情况。
门是乘客上下的地方,其开口变形的大小决定了紧急情况下中门能否开启,对紧急情况下的逃生有着重要的意义。
实验 白车身弯扭刚度测试【汽车车身结构与设计】
弯曲刚度测试
扭转刚度测试
• 实验步Leabharlann :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 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。
•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。
车身刚度测试试验台
•实验原理(1)测量车身弯曲挠度,计算弯曲刚度;
(2)测量车身扭转角,计算扭转刚度。 在车身集中或分散加载,力按步长1000N分4次加载,共加载4000N,距B柱和C 柱之间的刚性夹具在地板中部的横梁施加集中力,力的作用效果通过夹具传递给 车身。
选择弯曲刚度/扭转刚度
进入系统,点击左上方的型号管理,进入子模块,见下图。
添加型号
根据实际参数填写
导出实验报告
保存
白车身及四门两盖静态刚度测试系统设计
白车身及四门两盖静态刚度测试系统设计白车身及四门两盖静态刚度测试系统是用于汽车生产线的质量控制设备之一。
本文将会介绍一个设计该系统的方案。
方案一:定位激光仪系统设计该方案主要是基于激光测量技术,并且利用独立的定位激光器为参考载体,通过车身上测量传感器采集的位置来分析车身四门两盖的静态刚度。
该系统设计需要5个定位激光器来完成对车身和门盖的扫描,并使用测量传感器对车身的高度、宽度及长度进行测量。
同时,传感器在车身上的位置也需要准确的识别,可以通过高精度反射标记来标示。
为了处理测量结果,该系统的数据处理单元需要包括高性能计算机、测量数据软件,以及连续自动化控制器(PLC)等组成部分。
数据处理单元可将4门、两盖以及车身各个自由度的刚度数值进行分析,并可以生成报告以及相关数据图表。
方案二:车架式测试系统设计该方案主要是基于车架式测试,利用单元测试样车在车架上进行翘曲及扭转的测试。
该测试方案使用4个分别对应车辆四个车轮的负载单元,同时还有2个用于测试门的推拉力测力传感器,和2个用于测试前后盖板的传感器。
为了处理测量结果,测试系统的数据处理单元需要包括高性能计算机、测量数据软件,以及连续自动化控制器(PLC)等组成部分。
数据处理单元可将4门、两盖以及车身各个自由度的刚度数值进行分析,并可以生成报告以及相关数据图表。
尽管两个方案的硬件有所不同,但都需要适当的人员培训和维护来确保系统的正常运行。
此外,这些系统也需要完善的安全保护措施,确保测试人员的安全以及车辆的完好无损。
总之,白车身及四门两盖静态刚度测试系统是汽车关键技术之一,它对于保证汽车产品质量具有至关重要的意义。
通过本文提供的两个方案,生产厂家可以结合实际情况,选择合适的技术方案,以达到准确、高效、安全的测试目的。
除了硬件设计以外,白车身及四门两盖静态刚度测试系统的软件也是至关重要的,其需要能够对接相应的硬件设备,并能够准确、高效地采集和处理数据。
同时,软件还需要具备易于操作的特点,以便测试人员能够快速掌握使用方法。
轿车白车身扭转静刚度试验平台约束方案设计与开发
轿车白车身扭转静刚度试验平台约束方案设计与开发邓承浩;范子杰;桂良进【摘要】Car's torsion stiffness coefficient of body-in-white needs to be tested in development period, which has a direct bearing on car's safety and comfort. When testing torsion stiffness coefficient, car's body structure is constrained and external force is loaded on it in order to simulate the real driving environment. The constraint model could not affect body structure' s deformation when external force is loaded. An optimal constraint model is designed by analyzing the ideal model, which can be verified thought FEM.%为了确保轿车满足安全性和舒适性方面的要求,在车型研发期需要对白车身扭转静刚度进行测试.测试白车身扭转静刚度时,应首先约束白车身,再模拟真实驾驶环境施加外载荷.约束方案的选择非常重要,应保证在对白车身施加外载荷时,约束装置不会对白车身的变形造成影响.通过分析理论约束模型,提出一种理想的约束方案,最后通过有限元方法进行分析,验证了此约束方案的合理性.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2012(029)001【总页数】4页(P68-70,82)【关键词】白车身;扭转静刚度;约束模型;有限元方法【作者】邓承浩;范子杰;桂良进【作者单位】清华大学汽车节能与安全国家重点实验室,北京100084;清华大学汽车节能与安全国家重点实验室,北京100084;清华大学汽车节能与安全国家重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】U467.3Abstract:Car’s torsion stiffness coefficient of body-in-white needs to be tested in development period,which has a direct bearing on car’s safety and comfort.When testing torsion stiffness coefficient,car’s body structure is constrained and external force is loaded on it in order to simulate the real driving environment.The constraint model could not effect body structure’s deformation when external force is loaded.An optimal constraint model is designed by analyzing the ideal model,which can be verified thought FEM.Key words:body-in-white;structure stiffness;constraint model;FEM轿车白车身扭转静刚度是衡量整车力学性能的重要参数之一,白车身对整车的扭转刚度贡献值超过60%[1]。
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实
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第 2 9卷
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CN 1 — 2 3 / 1 0 4 T
Ex e i e t lT e h ol g n a a m e t p rm n a c n o y a d M n ge n
Vo . 9 No 1 J n 2 1 12 . a . 0 2
轿 车 白车身扭转静 刚度试验平 台约束方案设计 与开发
邓 承 浩 ,范 子 杰 ,桂 良进
( 华 大 学 汽 车 节 能 与安 全 国 家重 点 实验 室 , 京 1 0 8 ) 清 北 0 0 4
摘 要 : 了确 保 轿 车 满 足 安 全 性 和 舒 适性 方 面 的要 求 , 车 型研 发 期 需 要 对 白车 身 扭 转 静 刚 度 进 行 测 试 。 为 在 测 试 白车 身 扭转 静 刚 度 时 , 首 先 约 束 白车 身 , 模 拟 真 实 驾 驶 环 境 施 加 外 载 荷 。约 束 方 案 的 选 择 非 常 重 应 再 要 , 保 证 在 对 白车 身 施 加 外 载 荷 时 , 束 装 置 不 会 对 白 车 身 的变 形 造 成 影 响 。通 过 分 析 理 论 约 束 模 型 , 应 约 提
K e r s:bo n— y wo d dy i whie;s r t r tfn s t tuc u e sif e s;c ns r i o l o t antm de ;FEM
轿 车 白车 身扭转 静刚 度是衡 量整 车力 学性能 的重
要参 数 之 一 , 车 身 对 整 车 的扭 转 刚 度 贡 献 值 超 过 白
出一 种 理 想 的 约 束 方 案 , 后 通 过 有 限 元 方 法 进 行 分 析 , 证 了此 约 束 方 案 的 合 理 性 。 最 验 关 键 词 :白车 身 ;扭转 静 刚 度 ; 束 模 型 ; 限元 方 法 约 有 中图 分 类 号 : 6 . U4 7 3 文 献标 志码 :A 文章 编 号 :1 0 — 9 6 2 1 ) 1 0 6 3 0 24 5 ( 0 2 0 — 0 8 0
h s a d r c e rn n c r S s f t n o o t a ie tb a i g o a ’ a e y a d c mf r .W h n t si g t r i n s i n s o fiin ,c r Sb d t u e e tn o so tf e s c e f e t a ’ o y sr c f c
t e i on t ane n xt r lf r e i o de n i n or rt i ult her al i i n r n e . Thec — ur Sc s r i d a d e e na o c SI a d o ti de Osm a et e vng e vio m nt dr on
s r itmo e o l o fe t b d t u t r ’ e o ma in wh n e t r a f r e i l a e . An o t lc n ta n d lc u d n t a fc o y s r cu e S d f r t e x e n l o c s o d d o pi o — ma s r itmo e s d sg e y a a y i g t e i e l d 1 ta n d li e i n d b n lzn h d a mo e 。wh c a ev r id t oh M f
6 l 0 1 ]
。
车 完成相 关试 验 , 试 验结 果 与 有 限元 计 算 结 论 进行 将
了对 比 。 同济 大学 张哲蔚 运用一 套扭 转静 刚度 试验 ] 平 台对某 S UV车 型进 行 了试 验 , 得 了 相关 数 据 。 获 ] 此外 , 比亚 迪 和奇瑞 汽 车公 司均 申请 了静 刚 度 试验 平
Dein a dd v lp n fc n tan d l o sg n eeo me to o sritmo e ra f b d - - i a ’ t n s et gd vc o yi wht crSsi estsi e ie n e f n
De gCh n h o a i e n e g a ,F n Zj ,Gu a g i i Lin j i n
台相关专 利_ j 7 。
因此 , 试 白车身 的扭转 刚度值 , 而评价 整 测 进
车 刚度 , 意义重 大 。如 果 白车身 刚度不 足 , 车在行 驶 轿 过程 中可 能会 出现 车 门窗 密封不 严 , 至漏 风 、 甚 渗雨 等 现象 。其 次 , 旦车 辆发 生碰撞 , 一 过低 的 刚度可能 导致
( tt y L b rt r fAuo tv aeya d En r y,Tsn h aUnv riy S aeKe a o ao yo tmo ieS ft n e g ig u ie st ,Be ig 1 0 8 in 0 0 4,Chn ) j ia
Ab ta t s r c :Ca ’ o so tfn s oe fce fbo n w h t e O e t s e n d veo r S t r i n s if e s c fiinto dy i — ie ne ds t b e t d i e lpm e t pe id, whih n ro c