汽车车身结构与设计(第五章)车身结构力学性能分析计算
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第五章 车身结构力学性能分析计算
第一节 载荷工况条件
一、动载荷系数与安全系数
静态载荷 动态载荷 等效载荷
动载荷系数
安全系数
动态载荷＝静态载荷 * 动载荷系数 等效载荷＝静态载荷 * 动载荷系数 * 安全系数
二、垂向对称载荷工况
三、垂向非对称载荷工况
三、垂向非对称载荷工况
标准化的扭转工况凸块高度应满 足条件：①能够使得同一车轴上 的另一个车轮刚刚离开地面；② 其它车轮仍处于地面支撑状态。
d Q1 Rr h
ab Rr F abcd
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
来自百度文库相对而言，车身前部及后部刚度较强
作为刚体处理
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
第五章 车身结构力学性能分析计算
第三节 扭转性能分析计算
制 动 工 况 载 荷 转 移
FF Mg ( LR h) / L
FR Mg ( LF h) / L
四、纵向载荷工况
脉 冲 输 入 工 况
PH KDYN ( P V / tan )
推荐凸起高度：
H MAX
PAXLE B2 2KTOTAL
五、侧向载荷工况
轮 胎 侧 滑 轮 胎 侧 向 挤 压
T KTOTAL
H/B
T KTOTAL H B
PL
1 T PAXLE 2 B
1 KTOTAL
1 1 K FRONT K REAR K BODY
TMAX KTOTAL
P B H MAX B PAXLE H MAX AXLE B 2 2KTOTAL
2
四、纵向载荷工况
结构面SSS-2:
P 2 Rf
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-3:
P3 P 1
结构面SSS-4:
d Q1 Rr h
P 1P 4 Q 1 Q4 0
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-5:
a P 1 Rf h
cd Rf F abcd
2
1 1 T T 2 2 2wh
四、车身刚度“方盒”模型
T F w T q 2h 2h 2 wh
T2 T 4w 2 h 2
wh wh wL wL hL hL Gt Gt Gt Gt Gt Gt 侧2 前 后 顶 底 侧 1
对汽车结构受到的载荷和应力进 行分析的简单模型有很多，最为有用 的分析方法是简单结构面法。简单结 构面法（SSS）可以用来对作用在车 身主要结构件上的载荷及其传递路径 进行分析。 简单结构面在自身所在平面内是 刚性的，在其它平面则是柔性的，即 在自己的平面内能够承受载荷（拉力、 压力、剪切、弯矩），但不承受与平 面正交或平面外的弯矩。
Max. Force Mg
FLAT
MgB K 2h
六、组合载荷工况
第五章 车身结构力学性能分析计算
第二节 弯曲性能分析计算
一、车身弯曲性能要求
将汽车的各零部件安装并固定在正确位置上 车身弯曲刚度与驾乘人员主观感受之间关系 车身弯曲刚度实验模型
二、 “简单结构面法”模型 简单结构面法（Simple Structural Surface, SSS法）
四、车身刚度“方盒”模型
K
T
四、车身刚度“方盒”模型
e
Volume
2
dV
q t
V abt
2
G
ab e dV abt q 2G 2G 2(Gt ) Volume
2
2
四、车身刚度“方盒”模型
外部扭矩做的功 = 储存在面板内的所有剪应变能之和
T q 2 wh wh wL wL hL hL 2 2 Gt 前 Gt 后 Gt 顶 Gt 底 Gt 侧1 Gt 侧2
0 Q1 T Q 0 0 2 0 0 Q3 0 0 0 Q4 0 w 0 Q5 T 0 w Q6 0 0 h1 Q7 0 0 0
一、车身扭转性能要求
沟渠扭转实验（Twist Ditch）
恰好脱离地面 轮距
最大扭矩：
TMAX WAXLE
t 2
一、车身扭转性能要求
扭转强度要求
实现良好操纵稳定性的需求
实现良好NVH性能的需求
二、车身扭转性能模型
20世纪 70年代，针对车身扭转特性分析的早期分析模型
将车身结构简化为梁框架结构，仿真计算得到的车身扭转刚 度值仅为实测值的10%－30%。 研究表明，面单元这一抗剪类型的单元是抵抗扭转载荷 的主要结构成分，当模型中引入面单元后，能够显著改善分 析模型的计算精度，可被用来对扭转载荷作用下的车身结构 特性进行合理解释。
二、 “简单结构面法”模型
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
Rf
cd F abcd
Rr
ab F abcd
注：后部的载荷没有标示出来。
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-1:
P 1 h Rf a 0
a P 1 Rf h
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
h1 L s LR Lb h2 LF 0
w 0 0 0 0 0 0
0 w 0 0 0 0
0 0 w 0 0 0
0 0 0 w 0 0 LF
(h0 h1 ) [ LF (h0 h2 ) L2 (h2 h1 )] / Lb
第一节 载荷工况条件
一、动载荷系数与安全系数
静态载荷 动态载荷 等效载荷
动载荷系数
安全系数
动态载荷＝静态载荷 * 动载荷系数 等效载荷＝静态载荷 * 动载荷系数 * 安全系数
二、垂向对称载荷工况
三、垂向非对称载荷工况
三、垂向非对称载荷工况
标准化的扭转工况凸块高度应满 足条件：①能够使得同一车轴上 的另一个车轮刚刚离开地面；② 其它车轮仍处于地面支撑状态。
d Q1 Rr h
ab Rr F abcd
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
来自百度文库相对而言，车身前部及后部刚度较强
作为刚体处理
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
四、车身弯曲刚度 ”三组分”模型
第五章 车身结构力学性能分析计算
第三节 扭转性能分析计算
制 动 工 况 载 荷 转 移
FF Mg ( LR h) / L
FR Mg ( LF h) / L
四、纵向载荷工况
脉 冲 输 入 工 况
PH KDYN ( P V / tan )
推荐凸起高度：
H MAX
PAXLE B2 2KTOTAL
五、侧向载荷工况
轮 胎 侧 滑 轮 胎 侧 向 挤 压
T KTOTAL
H/B
T KTOTAL H B
PL
1 T PAXLE 2 B
1 KTOTAL
1 1 K FRONT K REAR K BODY
TMAX KTOTAL
P B H MAX B PAXLE H MAX AXLE B 2 2KTOTAL
2
四、纵向载荷工况
结构面SSS-2:
P 2 Rf
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-3:
P3 P 1
结构面SSS-4:
d Q1 Rr h
P 1P 4 Q 1 Q4 0
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-5:
a P 1 Rf h
cd Rf F abcd
2
1 1 T T 2 2 2wh
四、车身刚度“方盒”模型
T F w T q 2h 2h 2 wh
T2 T 4w 2 h 2
wh wh wL wL hL hL Gt Gt Gt Gt Gt Gt 侧2 前 后 顶 底 侧 1
对汽车结构受到的载荷和应力进 行分析的简单模型有很多，最为有用 的分析方法是简单结构面法。简单结 构面法（SSS）可以用来对作用在车 身主要结构件上的载荷及其传递路径 进行分析。 简单结构面在自身所在平面内是 刚性的，在其它平面则是柔性的，即 在自己的平面内能够承受载荷（拉力、 压力、剪切、弯矩），但不承受与平 面正交或平面外的弯矩。
Max. Force Mg
FLAT
MgB K 2h
六、组合载荷工况
第五章 车身结构力学性能分析计算
第二节 弯曲性能分析计算
一、车身弯曲性能要求
将汽车的各零部件安装并固定在正确位置上 车身弯曲刚度与驾乘人员主观感受之间关系 车身弯曲刚度实验模型
二、 “简单结构面法”模型 简单结构面法（Simple Structural Surface, SSS法）
四、车身刚度“方盒”模型
K
T
四、车身刚度“方盒”模型
e
Volume
2
dV
q t
V abt
2
G
ab e dV abt q 2G 2G 2(Gt ) Volume
2
2
四、车身刚度“方盒”模型
外部扭矩做的功 = 储存在面板内的所有剪应变能之和
T q 2 wh wh wL wL hL hL 2 2 Gt 前 Gt 后 Gt 顶 Gt 底 Gt 侧1 Gt 侧2
0 Q1 T Q 0 0 2 0 0 Q3 0 0 0 Q4 0 w 0 Q5 T 0 w Q6 0 0 h1 Q7 0 0 0
一、车身扭转性能要求
沟渠扭转实验（Twist Ditch）
恰好脱离地面 轮距
最大扭矩：
TMAX WAXLE
t 2
一、车身扭转性能要求
扭转强度要求
实现良好操纵稳定性的需求
实现良好NVH性能的需求
二、车身扭转性能模型
20世纪 70年代，针对车身扭转特性分析的早期分析模型
将车身结构简化为梁框架结构，仿真计算得到的车身扭转刚 度值仅为实测值的10%－30%。 研究表明，面单元这一抗剪类型的单元是抵抗扭转载荷 的主要结构成分，当模型中引入面单元后，能够显著改善分 析模型的计算精度，可被用来对扭转载荷作用下的车身结构 特性进行合理解释。
二、 “简单结构面法”模型
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
Rf
cd F abcd
Rr
ab F abcd
注：后部的载荷没有标示出来。
三、车身弯曲强度计算 ”SSS法”
结构面SSS-1:
P 1 h Rf a 0
a P 1 Rf h
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
三、车身扭转强度计算 ”SSS法”
h1 L s LR Lb h2 LF 0
w 0 0 0 0 0 0
0 w 0 0 0 0
0 0 w 0 0 0
0 0 0 w 0 0 LF
(h0 h1 ) [ LF (h0 h2 ) L2 (h2 h1 )] / Lb