白车身扭转刚度分析与优化

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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。

基于有限元的白车身模态刚度CAE分析及其优化

摘要汽车工业发展到今天，汽车车身已成为影响其各种性能的最大组成部分之一，特别是轿车车身，它在很大程度上决定了汽车的商品价值和销售市场。

近几十年来，人们对汽车的安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求越来越高；由于能源的紧缺和激烈的汽车市场竞争，又迫使汽车要实现轻量化并尽可能降低成本，因而引发材料工程与制造业巨大的变化，并促使设计理念和设计方法不断改进。

有限元法是关于连续体的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它在车身结构分析中发挥着重要的作用。

本论文利用先进的CAE技术，以某轿车白车身为主要研究对象，在Hyperworks软件下，建立了轿车白车身详细有限元模型，进行白车身自由模态分析、扭转工况和弯曲工况下的白车身刚度分析，以检测白车身是否满足基本的模态刚度要求。

并利用CAE 软件进行白车身钣金件的优化，以达到轻量化的目的，提高白车身的经济性和安全性，满足市场需求。

关键词：白车身模态刚度Hyperworks 优化备注：因要遵循公司保密条约，本论文数据已处理。

Modal and Stiffness Analysis and OPtimizationon Body-in-whiteof Car Based on Finite Element MethodAbstractAutomobile industry development today, the body has become the various properties of the largest part of the car body, in particular, it largely determines the value of the goods and the sale market of automobile. In recent decades, the vehicle safety, comfort, economy, reliability and durability of the increasingly high demand; because of the shortage of energy resources and the car market with intense competition, and forced the car to lighten and reduce costs as much as possible, and thus lead to materials engineering and manufacturing industry tremendous changes, and make the design concept and design method of continuous improvement. The finite element method is a kind of continuum discrete numerical calculation method, the mechanics model to approximate the numerical method,the body-in-whit structure analysis plays an important role.In this paper, the use of advanced CAE technology, to body-in-whit as the main research object, in Hyperworks software, establish the detailed finite element model of body-in-whit, for white body free modal analysis of torsional and bending condition and working condition of BIW stiffness analysis of body-in-whit, to detect whether meet the basic modal stiffness degree requirements. And the use of CAE software for white main body sheet metal parts optimization, has reached the goal of lightening the body-in-whit, improve the economy and safety of, meet market demand.Key words:Body-in-whit Moda Hyperworks Stiffness Optimization目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要. (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外车身CAE技术研究现状 (2)1.3本文的主要内容 (3)第二章有限元法理论 (4)2.1引言 (4)2.2有限单元法和白车身刚度的基本原理 (4)2.2.1有限元和模态分析基本理论 (4)2.2.2白车身扭转刚度基本理论 (5)2.2.3白车身弯曲刚度基本理论 (7)2.2.4白车身门窗开口变形理论 (8)第三章某轿车白车身有限元建模 (9)3.1引言 (9)3.2建模要求 (9)3.2.1网格标准的确定 (9)3.2.2网格质量要求 (9)3.3建模的基本步骤 (10)3.3.1建模原则 (10)3.3.2单元类型的选择 (10)3.3.3连接方式的选择 (10)3.3.4单位制及材料特性 (11)3.2.5模型的装配 (11)第四章轿车白车身模态分析 (13)4.1白车身模态分析的意义 (13)4.2白车身模态分析的基本设置 (13)4.3白车身模态分析结果分析 (13)4.4本章小结. (16)第五章轿车白车身刚度分析 (17)5.1引言 (17)5.2白车身扭转工况分析 (17)5.2.1加载及约束条件 (17)5.2.2白车身扭转刚度结果表达及评价标准 (18)5.2.3轿车白车身扭转刚度数据处理及分析结果 (18)5.3白车身弯曲工况分析 (22)5.3.1加载及约束条件 (22)5.3.2白车身弯曲刚度结果表达及评价标准 (22)5.3.3轿车白车身弯曲刚度数据处理及分析结果 (23)5.4本章小结 (25)第六章轿车白车身优化分析 (26)6.1引言. (26)6.2优化分析的基本原理 (26)6.3优化分析的基本步骤 (27)6.3.1在Hypermesh中完成相关设置 (27)6.3.2提交Nastran完成计算 (28)6.3.3提取灵敏度信息 (28)6.3.4确定优化方案 (28)6.4白车身优化结果分析 (28)第七章结论与展望 (29)7.1本文结论 (29)7.2工作展望. (29)参考文献 (30)致谢 (32)第一章.绪论1.1引言近几年，我国汽车工业快速而稳步发展，打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择。

基于NVH的白车身扭转刚度分析与研究

3 使用方法囲时,±#鮭电aaa带丽驱动动力的光杆,
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

基于扭转刚度的白车身减重优化

42
机电技术
2019 年 2 月
基于扭转刚度的白车身减重优化
李文彬
（东南（福建）汽车工业有限公司，福建福州 350119）
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。以某 SUV 车型为研究对象，运用 HyperMesh 软件建立了 BIW 的有限元模型，并对 BIW 的扭转刚度进行了仿真分析；为了提高 BIW 的扭转刚度，利用 OptiStruct 软件分析了零件板厚对扭转刚度的灵敏度，得到了影响 BIW 扭转刚度的关键区域；基于灵敏度分析结果，从板厚、焊点两个方面对扭转刚度进行了优化；对比最终优化前后的结果，扭转刚度增加了 16.6 %，质量减少了 3.9 kg。
1 BIW 扭转刚度的数值计算
1.1 BIW 有限元模型的建立
本文用于分析扭转刚度的 BIW 模型主要包括
A 柱、B 柱、C 柱、地板、顶棚、前后围等部件，不包括玻璃和 IP 横梁。利用 HyperMesh 软件对各个零部件进行有限元网格划分，划分网格时采用四边形单元和三角形单元混合建模的方法，平均单元尺寸为 7 mm，同时控制单元的网格翘曲度、雅克比、四边形及三角形的最大最小内角等满足质量指标。根据 BIW 的结构特点，粘胶采用 adhesives 模拟，焊点采用 acm 模拟、焊点直径为 6 mm，螺栓连接等其他连接方式采用 rigid 单元模拟。整个 BIW 有限元模型共有 977 352 个单元，如图 1 所示。
效于在连线中点处加载 2000 N·m 的力矩。
车身扭转刚度定义为：
KT
=
M θ
=
M
arctan[
d1

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。

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。

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１７８７０Ｎ·ｍ（／ °），提升量为４０２１Ｎ·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。

实验白车身弯扭刚度测试【汽车车身结构与设计】

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
系统工作原理示意图
弯曲刚度测试
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。
实验汽车白车身静态弯曲扭转行模拟工况试验在试验条件下进行弯曲刚度测试
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。
•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。

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

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。

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。

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：
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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。
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。

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。

某轿车白车身刚度分析与结构优化

10.16638/ki.1671-7988.2018.14.031某轿车白车身刚度分析与结构优化袁夏丽，刘俊红，刘丹，左乐（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心性能集成开发部，安徽合肥230009）摘要：文章以某轿车白车身为研究对象，采用有限元法分析其弯曲刚度和扭转刚度，分析结果显示车身扭转刚度不满足目标值，在此基础上采用增加结构胶的优化方案，并对优化方案进行了校核计算，结果表明扭转刚度性能提升明显并满足目标要求，为车身结构设计改进提供了理论依据。

关键词：白车身；弯曲刚度；扭转刚度；结构优化；结构胶中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)14-80-02The Stiffness Analysis and Structure Optimization of Vehicle BIWYuan Xiali, Liu Junhong, Li Dan, Zuo Le（AnHui JiangHuai Automobile Co., LTD CAE module design department, Anhui Hefei 230009）Abstract: The bend & torsion stiffness analysis have been done based the FEA method, and the torsion stiffness can’t meet the target requirements, then optimize the structure by adding the structural adhesive, and analyze the optimized structure, the results show that the torsional stiffness performance is improved obviously and meets the target requirements, which provides a theoretical basis for the improvement of body structure design.Keywords: BIW; Bend Stiffness; Torsion Stiffness; Optimization; Structure AdhesiveCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)14-80-02引言汽现代轿车通常采用承载式车身，在汽车行驶过程中，车身要承受各种弯扭载荷，白车身静刚度特性直接影响整车的品质[1]。

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１０ｍｍ，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Ｂａｒ单元模拟，点焊采用Ｃｗｅｌｄ单元模拟，二氧化碳保护焊采用Ｒｂｅ３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
ＦＥＮＧＬａｎ．ｆａｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｎｇ — ｘｉａｏ，ＨＵＩＹａｈ — ｂｏ，ＸｌＡＺｈａｏ — Ｙｉ
（河南工业大学先进制造研究所，郑州４５０００７）
摘要：在白车身开发早期阶段，运用有限元仿真分析方法，在Ｎａｓｔｒａｎ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２Ｋ８，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：Ｕ４６３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－０１３４（２０１３）０５（下）一０１０２－０４

基于HyperWorks的某轿车白车身刚度分析及优化_张继伟

扭转
21.66 20.17 19.37 23.87 20.82 16.08 13.56 9.33 5.37 1.27 1.44 0.81 角（/ ′）
白车身扭转刚度计算公式为：
GJ=T/θ
（3）
其中，T 为扭矩；θ 为轴间相对扭转角。
由白车身 Z 向扭转变形图得左右前悬架座的最大变形分别为
- 6.438mm、6.622mm，由公式（3）和相关的数值，计算的白车身相对扭转
保险杠前部分塑料 9.131E- 11 30.6
—
—
前横拉杆复合材料 2.4E- 09 2800
0.3
45
白车身其它零件低碳钢 7.9E- 09 210000 0.3 140—800
文中采用 rigid 刚性单元来模拟焊点连接，本文的白车身模型焊点间距取在 50mm—80mm 之间。该白车身有限元模型具有 355682 个单元，368901 个节点，3412 个焊点单元。白车身有限元模型如图 1。
度分析以及白车身优化设计进行了研究，对白车身的扭转工况和弯曲工况进行了分析，得出该轿车白车身的扭转刚度满足国外轿车较高设计要求，但弯曲刚度偏低。通过对白车身进行尺寸优化后，扭转刚度稍有减小，弯曲刚度稍有增加，白车身的总质量有所减小，达到了在白车身轻量化同时尽量少牺牲白车身刚度的目标。本文的研究对于白车身结构改进设计具有一定的参考价值。
—3—
科技信息
博士·专家论坛
承载式轿车车身弯曲最大变形量的推荐值见表 4[4]。
挠度。
表 4 轿车车身弯曲最大变形量
由白车身 Z 向弯曲变形图知门槛的最大变形量为 - 0.9634mm，据
前门洞口对角线
2.0mm
后门洞口对角线

CAE白车身扭转刚度分析报告

3、模型及边界条件
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。

白车身扭转刚度实验

试验原理
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。
试验数据处理及结果表达
扭转刚度这算方法
试验结果评价
由于试验仪器误差，方法误差以及数据处理的计算误差，最终结果有一定偏差，但数量级和大体数值上符合，试验基本合理。
谢谢
白车身扭转刚度试验台
试验用传感器
力传感器量程15000Nm 精度1Nm
位移传感器量程1m 精度0.0001m
试验数据采集装置及系统
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。
部选择两个镜像点作为位移测量，测点如图所示。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。
工况A：后3点支承，车身前部加载，即右前支点、后两支点支承，在左前支点位置附近加载，此载荷与右前支承反力克
服车身前部重力后，形成一个示意图
测点相对位置示意图
工况B：同理再做前3点支承、车身后部加载，即右后支点、前两支点支承，在左后支点位置附近加载，此载荷与右后支承反力克服车身后部重力后，形成一个力偶，使车身产生扭转变形