CAE商用车车架弯曲刚度的提升探讨
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。
某轻型商用车车架断裂CAE分析及改进方法
某轻型商用车车架断裂CAE分析及改进方法作者：邱垂翔林济余胡慧慧来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第07期本文利用CAE软件对某轻型商用车车架出现断裂的原因进行了分析，通过CAE软件建立了满足汽车行驶及承载工况的标准模型，并利用这些模型在CAE仿真软件中进行了强度、应力、扭曲和疲劳寿命的分析，为车架的设计和改进提供参考。
车架的作用是承受载荷，包括汽车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等。
所以车架的强度和刚度在车架设计中十分重要，深入了解车架的强度特性是车架结构设计改进的基础。
以前对车架的设计主要考虑车架的静强度，考虑车辆行驶中受动载荷时的影响，在车架最大载荷前乘以一个动载荷系数。
当今，由于车辆的轻量化设计和降成本的要求越来越高，车架结构强度研究应该更为精细，国内外汽车行业已将CAE分析应用于车架强度计算。
因为CAE分析数据运算速度快，分析成本低，计算精度高，模型修改比较方便，使车架的动态分析成为了可能。
本文主要介绍了如何采用CAE仿真分析的方法对某型商用车架断裂强度进行分析及改进的过程。
一、对故障信息进行采集分析截止到开始进行分析时，根据提供的车辆事故调查表，进行了分类统计分析，出现车架严重开裂的故障车共8台，其中两驱1台，四驱7台，其中有6台使用路况较为恶劣，有2台存在超载现象。
按使用地区来分，有4台在云南，1台在贵州、1台在新疆、1台在青海，四地故障车辆总和占总故障车辆的87.5%。
从以上分析可以看出故障车辆主要出现在西部及西南地区，且使用路况较恶劣，有超载现象。
经统计，车架断裂部位主要集中在第一横梁以及纵梁，有6台次车在第一横梁部位出现开裂，7台次车发生纵梁断裂，如图1～图3所示。
通过以上信息分析，此次改进方案主要针对四驱车型，通用部分同时考虑两驱车型，包括第一横梁、纵梁以及第六横梁。
二、故障分析1.模型描述传统的车架有限元模型分析一般采用梁单元，该方法简单方便，但是有些情况下精度不高，如在货箱上采用梁单元则过度简化。
车身(车架)刚度CAE分析和试验方法
本标准由奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院和试验技术中心提出。 本标准由奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院标准管理科归口。 本标准起草单位：汽车工程研究院 CAE 部和试验技术中心。 本标准主要起草人：杨晋、田冠男、章礼文、张厚平。
加载方法： 在驾驶室和车架的前两个安装点上施加一大小为2000N·m的力偶，力的方向沿Z向。
4.2 弯曲刚度
4.2.1 承载式轿车白车身
白车身弯曲刚度约束和加载方法如图5所示。
约束车身前左、 右减振器座 Y、Z 平动自由度
约束车身后左、 右弹簧座 X、Y、Z 平动自由度
载荷为 1500N
图 5 白车身弯曲刚度约束和加载方法
加载方法： 在前后约束点中间位置对应的纵梁处施加沿 Z 轴负向 F=1500N（试验时，可依据 CAE 分析出的
刚度结果和测试设备量程设定合理的载荷大小）的载荷（分别加于左右两处）。
4.3 试验设备
对于质量较小的乘用车、微型车，可以用根据英国 Lotus 公司的建议所做的静刚度试验专用试验台架 完成扭转和弯曲刚度试验；对于质量较大的商用车可以采用 MTS 设备进行扭转和弯曲刚度试验。
注：对于约束方法的第一条，在试验中如果已通过专用加载设施实现，就不必再用额外约束装置实现。
加载方法： 在车身和车架的前两个安装点上施加一大小为 2000N·m 的力矩，力的方向沿 Z 向。
4.1.4 车架 车架扭转刚度约束和加载方法如图4所示（适用于公司P系列和H系列车）。
载荷2000N·m
基于刚度分析的某商用车车架结构优化
基于刚度分析的某商用车车架结构优化任明;孙涛;石永金;郑松林【摘要】Stiffness is the fundamental property of vehicle frame, which directly affect the passive safety performance, NVH performance, comfort, etc.In the process of the development of a commercial vehicle frame, the structure optimization of frame mainly focuses on the rigidity of the frame. The CATIA model of the vehicle frame is built and stiffness is analyzed by Hypermesh. According to the SOR (statement of requirement) of frame , the parts which doesn't meet the requirement were found out. Then optimization on the parts was conducted and verified by the stiffness test until they meet the requirement. The results show that the error between optimization of the frame and test results is less than 10%, reaches the frame stiffness requirements.%刚度作为车架最基本的特性,其不足会直接影响非承载式车身的被动安全性能、NVH性能、舒适性能等,因此在某商用车车架的开发过程中,主要针对刚度对车架进行结构优化.首先进行CATIA建模,并运用Hypermesh对车架进行刚度分析,根据车架设计规范,排查出不符合刚度要求的部件.结构优化使之满足设计规范要求后,对优化后的车架再次进行有限元分析,并在车架上安装传感器进行台架试验.结果表明,优化后的车架仿真、试验结果误差不超过10%,达到了车架刚度要求,验证了其准确性.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】4页(P5-8)【关键词】安全性;车架;非承载式车身;刚度分析;台架试验【作者】任明;孙涛;石永金;郑松林【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海 200093;机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室,上海 200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093;机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室,上海200093;上海汽车股份有限公司商用车技术中心,上海 200432;上海理工大学机械工程学院,上海 200093;机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH16车架开发在整车开发中一直占据着重要位置，如何能快速的设计出满足安全性、操纵性、舒适性等各项性能的车架一直是国内外重要的研究课题。
车辆架构刚度分析及优化设计研究
车辆架构刚度分析及优化设计研究车辆架构的刚度是车辆的重要机械性能之一，它决定了车辆运动性能和操控性能的稳定性和可靠性。
因此，车辆架构刚度的分析和优化设计对于提高车辆的运动性能和安全性具有重要意义。
本文将探讨车辆架构刚度分析及优化设计的相关研究。
一、车辆架构刚度分析的方法在车辆工程中，车辆架构的刚度通常采用挠曲刚度和扭曲刚度两种方法进行评估。
挠曲刚度是指车辆在行驶过程中发生弯曲的能力，而扭曲刚度是指车辆在横向受力时的扭转能力。
挠曲刚度和扭曲刚度的评估方法各不相同，下面将分别介绍。
1. 挠曲刚度分析方法挠曲刚度的分析通常采用有限元分析方法。
有限元分析是一种数值计算方法，可以模拟车辆在行驶过程中的挠曲情况。
在有限元分析中，车架被视为由许多小部件组成的复杂结构，每个小部件都可以表示为一个有限元。
通过对每个有限元的应力和应变进行分析，可以计算出车架的挠曲刚度。
2. 扭曲刚度分析方法扭曲刚度的分析可以通过试验和数值模拟两种方法进行。
试验方法是通过悬挂车辆，在不同的情况下测量车架的扭转量，来计算扭曲刚度。
数值模拟方法通常采用有限元模拟方法进行。
在有限元模拟中，将车架细分成许多小部件，并考虑车架的材料和结构，在横向受到一定载荷时，计算每个小部件的应力和应变，进而计算出车架的扭曲刚度。
二、车辆架构优化设计的方法车辆架构优化设计是通过调整车架的结构和材料，使得车架的刚度和强度在满足需求的前提下最小化，以达到较佳的性能和安全性能。
下面将介绍几种通用的车辆架构优化设计方法。
1. 材料优化材料优化是通过优化车架材料的选择和组合，来提高车架的刚度和强度。
材料的选择和组合应该根据车架受力的情况来设计，以最大程度地提高车架的性能和安全性。
例如，在一些高性能车辆中，使用了高硬度、高强度的碳纤维材料，以提高车辆的刚度和强度。
2. 结构优化结构优化是通过调整车架的结构，以达到最优化的效果。
例如，在一些高端车辆中，为了提高车辆的稳定性和悬挂系统的适应性，使用了双横臂式悬挂系统，这可以大大提高车辆的操控性和稳定性。
重型卡车板簧刚度特性仿真研究
丁培林，赵月，郭虎，韩艳辉(东风商用车技术中心，湖北 武汉 430056)摘要：采用有限元法和多体动力学分析方法，分别基于Hyperworks和Adams软件两个平台，建立重型卡车前板簧有限元模型和多体动力学模型。
首先通过对标板簧垂向刚度台架试验，验证模型的准确性；然后在此模型的基础上，分析计算板簧的扭转刚度；最后，求解板簧扭转刚度和垂向刚度的比例关系，为板簧设计和卡车的制动特性、安全性提供可靠数据。
关键词：板簧；刚度特性；仿真分析Research on Simulation Analysis Method for Rigidity Characteristics of Heavy Truck Leaf SpringsDing Peilin, Zhao Yue, Guo Hu, Han Yanhui（Dongfeng Commercial Vehicle Technology Center, Wuhan 430056, China）Abstract: This article adopts two methods, finite element method and multi body dynamic analysis method�Based on Hyperworks and Adams software platforms respectively, this article establishes a finite element model and a dynamics of multi-body system model for the front plate spring of a heavy-duty truck� Firstly, the accuracy of the model is verified through bench tests on the vertical stiffness of the benchmark plate spring� Then, based on this model, this article analyzes and calculates the torsional stiffness of the leaf spring� Finally, solve the proportional relationship between the torsional stiffness and vertical stiffness of the leaf spring, providing reliable data for the design of the leaf spring and the braking characteristics and safety of the truck�Key Words:Leaf spring; Stiffness characteristics; Simulation analysis0 引言卡车悬架的刚度特性不仅影响卡车的平顺性与舒适性，还对其在行驶中的其他工况也有很大的影响，尤其在制动工况下。
某微客车架刚度提升及降成本的方法和实践
某微客车架刚度提升及降成本的方法和实践作者：杨回曾蔚来源：《企业科技与发展》2016年第06期（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）【摘要】车架是车身的重要部件之一，车架需要能提供很强的承载能力和抗扭刚度；同时，要具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击，并保证整个车身的抗扭、抗弯程度，以及车辆乘员的安全。
目前，国内微客车普遍以低价格、高价值的特点获得广大民众的青睐。
钣金车身重量占整车比例最大，因此在轻量化的同时如何获得更好的车身性能和车身刚度，在钣金零件结构优化、零件连接质量及车身刚度和车辆噪音方面需要充分优化改进。
文章以某款微客的车架改进与设计作为主题，探讨同一系列车架刚度提升及成本降低的方法和实践。
【关键词】车架；成本；质量；轻量化【中图分类号】U463.834 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）06-0095-041 以往车型的车架结构特点及问题分析汽车的车架类型基本分为承载式车架、非承载式车架及处于两者之间的半承载式车架。
目前，市面上销量最广的微车车架类型为半承载式车架，结构与承载式车架相同，但是需要与地板、前隔板及侧围通过焊点连接为一体，共同承载整车重量和载物。
这类车架有独立的纵梁和横梁焊接在一起，但又区别于承载式车架，它需要与前隔板、前后地板及侧围下部焊接，以组成一个白车身体。
该微客车架改进前结构如图1所示。
A1：车架与前隔板连接区域，车架关键零件-盖板A（如图2所示）。
A：车架与侧围A柱下部搭接区域，车架关键零件-车架A柱下撑板、盖板B前端（如图3所示）。
B：车架与侧围B柱下部搭接区域，车架关键零件-车架B柱下撑板、盖板B后端、中门下导轨前撑板（如图4所示）。
C：车架与侧围C柱下部搭接区域，车架关键零件-车架C柱下撑板（如图5所示）。
D：车架与侧围D柱下部搭接区域，车架关键零件-车架D柱下撑板、尾端梁（如图6所示）。
从该款微客车架的各区域搭接结构可以看出，在车架与前后地板、前隔板及侧围下部的焊接区域，具有很多不稳定的单板、无加强筋、焊点少等细节问题，如图2～图6所示。
关于重型商用汽车的车架轻量化设计研究
关于重型商用汽车的车架轻量化设计研究随着物流的快速发展，载货车的载重量的标准越来越高。
而車架在汽车中的主要作用是承载货物与构件，其承受载荷来源于车的内外装置，包括连接汽车工具及车用设备。
车架的结构决定于汽车的总体布置，对车架轻量化的承载特性研究，实际上是车架结构的改进与优化，进而保证汽车的整体性能。
轻量化的设计研究，能够在一定程度上减小汽车的耗油量与废弃的排放，并在保持汽车整体性能与造价不变的条件下，降低汽车自身重量提升动力性能与可靠安全性能。
因此，轻量化对汽车运输业的发展具有重要意义。
标签：重型商用汽车；车架；轻量化；设计技术0 前言车架的轻量化实际上是从动静力学特征进行分析，结合载荷及位移边界条件，考察车架的受力分布，实现对车架架构的优化，最终使车架达到结构合理轻便，又强度可靠的效果。
本文关于重型商用汽车的车架轻量化设计研究，将以重型商用汽车为研究对象，从重型商用汽车的车架结构特点入手，分析车架进行轻量化的重要意义，进而对轻量化的设计方法与设计难点进行具体研究，通过评价车架设计的合理性，确定结构改进的可行方案。
并基于商用车车架量化的发展趋势作出展望。
希望能够为我国的物流业及汽车运输的发展提供一份参考。
1 重型商用汽车的车架轻量化意义轻量化技术可以对汽车的尾气排放与燃油量构成直接的影响，是节约材料的有效手段之一。
目前，我国重型商用车在全部车辆中的比例为23%左右，但是重型商用车在燃油消耗上占比却高达70%。
国外的有关调查数据表明，汽车的质量受汽车油耗的影响。
汽车质量每上升100kg，油耗将提升0.3-0.6L/100km，相对来说，汽车整体质量减少10%，油耗就降低7%左右。
另外，汽车的轻量化不仅能减少耗油，为降低原材料做出贡献，还能减少有害气体的排放，每辆汽车减轻100kg，二氧化碳的排放量可降低5g/km，有利于我国的保护环境基本国策的实施。
而且，汽车的质量减少，零部件构造简化，可以为企业减少经济成本的投入，间接的减少消费者的支出。
客车车身骨架刚度有限元分析及改进设计
客车车身骨架刚度有限元分析及改进设计于国飞;黄飞;王海兵;王中武【摘要】Taking a city bus for example, the authors set up the finite element model for the bus monocoque body frame by HyperWorks software, analyze the body frame's structure strength under different working conditions and calculate the static stiffness and opening deformation of the body frame. According to the lacking in the structure de-sign, they put forward improvement scheme. Through the contrast of the main performance parameters of the bus body frame before and after the structure improvement, they verify the feasibility of the improvement scheme.%以某城市客车为研究对象，利用HyperWorks软件建立该城市客车承载式车身的有限元模型。
分析多种工况下车身的结构强度，计算车身骨架的静态刚度以及开口变形。
针对结构设计中的不足，提出改进方案，通过结构改进前后的车身主要性能参数对比，验证改进方案的可行性。
【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P29-32)【关键词】城市客车;车身结构;刚度;有限元分析【作者】于国飞;黄飞;王海兵;王中武【作者单位】厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门 361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门 361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门 361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门 361024【正文语种】中文【中图分类】U463.83+1承载式客车车身骨架通常是由薄壁型材构成的复杂空间高次超静定结构[1]，行驶过程中整车构件的受力情况很复杂，很难通过试验对其整体做出准确的结构分析。
运用CAE技术进行汽车车架结构的分析与优化设计
从以上分析可以查找出车架的薄弱环节以及工况，然后根据实际情况来优化相关结构。显而易见，这一车架的弯曲程度较小一些，因此，可以选择在弯曲工况的情况下来优化分析车辆的轻量化。
优化设计的数字模型体现在以下几点：
Min(wt(thck)
t max-str≤210
0.001≤THCK≤0.003.
跨度不平度对于汽车运动造成的激励一般属于20HZ之下的垂直振动，有激起车架一阶扭转共振的可能性，不过，因为车身和车架之间的刚性连接能够抑制这一阶振型，所以需要全面分析整车模态。
2.2道路激励下瞬态响应分析
模拟车架满载工况之下受到激励瞬态动力学分析，将位移激励设置于两前轮的悬架弹簧底部，模拟前两轮的边坡过程。对于路面尺寸，则是按照定远试车场搓板路给出，路面激励属于半正弦波形，坡高为20mm，波长是400mm。
通过分析表明，本车架的扭转刚度是极高的，在轻型汽车车架中占据重要的作用。再加上横梁密布，在抵抗扭转变形的时候产生了较高的效果。
通常情况下，车架的应力状态一般都是位于低压力状态中，平均von-mises平均等效应力是2611Pa，只能够在前后悬架的约束之下呈现出较高的应力水平。
2动力学分析
动力学分析主要包含载荷作用历程以及时间有联系的问题。它涉及到模态分析和道路激励下瞬态响应分析两种。
1.2对于车架弯曲刚度的分析
当进行弯曲刚度以及扭转刚度分析的时候，不必考虑悬架产生的影响。
当前悬约束所有自由度的时候，后悬板簧的前端部位约束UX、UY、UZ。板簧的后端部位只是约束侧向位移UY以及绕Z轴的转动自由度。将载荷作用于前后纵梁连接位置中，一共包含24个加载节点，荷载大小为1000N。目前阶段，要想防止误差取出24位移的平均值，可以依照相关材料公式来获取车架的抗弯刚度值。
利用CAE技术对某客车车架结构变更进行对标分析
利用CAE技术对某客车车架结构变更进行对标分析文章应用Hypermesh软件建立了某客车车架结构变更前后的有限元模型，利用Optistruct求解器，进行模态、刚度和强度等分析，对结构变更前后的结果进行比对，发现两者间的差值很小，因此可以忽略这两者间的结构差别，免去结构少许改动后还要去跑路试的环节，为公司产品的变更节省了经费及保证能及时把车交付给客户。
标签：Hypermesh；模态分析；刚度分析；强度分析；对标分析1 引言我司研制生产的某12米半承载客车，在国内已经经过2万公里的可靠性试验后，其各项指标都符合设计要求及国内客户反映其结构设计合理，可靠性好。
但在出口海外目的地时，客户觉得中门踏步台阶宽度较小，需要增加各台阶面的宽度，经协商决定把与中门踏步地板骨架连接的半承载车架处的中间纵梁打断，并往内移动100mm。
由于这车型是典型的半承载结构，与后悬连接的部位在各路况下，其应力均较大，是比较容易破坏的区域，而打断中间纵梁对此结构更加不利。
在这情况下，如何设计这部位的结构变得更加重要。
因此，在设计图纸定版前进行CAE分析，对各种设计方案进行对比分析，找出最合理的方案使变更后的结构与原结构相比不会减弱很多即可。
2 有限元建模此车是典型的三段式半承载结构，车架是主要的承载结构，因此只要对车架进行对比分析即可。
为了真实地反映车架模型，采用壳单元来建立其车架等结构。
在建模过程中遵循以下简化规则[1]：（1）略去一些非承载件和各种小的功能件等；（2）忽略承载结构上的各种工艺特征，如工艺孔、凸台及翻边等；（3）以中面作为板壳单元的基准面，结构间的连接关系采用共结点、刚性连接等模拟；（4）忽略了悬挂系统和空气弹簧和导向杆系；（5）将质量大且集中的零部件，如发动机、变速箱、缓速器等以集中质量单元的方式连接在各安装部位上，其余为均布质量点；（6）忽略焊接过程中出现的变形和残余应力；（7）有限元模型的总质量和重心位置与实车保证一致。
基于CAE商用车车架弯曲刚度的提升
10.16638/ki.1671-7988.2020.16.033基于CAE 商用车车架弯曲刚度的提升陈海彬（湖南智点智能新能源汽车有限公司，湖南株洲412007）摘要：文章利用有限元分析软件Msc.nastran对商用车车架弯曲刚度进行了反复的模拟计算，针对分析结果的不足提出进一步的设计优化方案；为车架优化的设计提供方向。
关键词：商用车；弯曲刚度；模拟计算中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)16-99-03To Improve Bending Stiffness of Vehicle Frame by CAEChen Haibin( Hunan Zhidain Intelligent New Enery Vehicle Co. Ltd, Hunan Zhuzhou 412007 )Abstract: The Article Simulated the bending stiffness of commercial vehicle frame repeatedly by MSC nastran. And then optimized structure to meet the target. So proposals will be adopted by product engineer.Keywords: Commercial vehicles; Bending stiffness; Simulation calculationCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)16-99-031 前言随着全球经济化发展.环保.节能及被动安全性等问题的提出，在汽车新车型的开发过程中对车身的结构性能要求越来越高，而车架作为商用车的主要承载系统，其弯曲刚度是其开发过程中首要考虑的重要指标。
关于CAE技术在汽车车架设计中的应用
10.16638/ki.1671-7988.2019.19.041关于CAE技术在汽车车架设计中的应用杨强，王文磊，张琦，王宏斌，王珊珊（陕汽集团商用车有限公司，陕西宝鸡721000）摘要：汽车车架是汽车的主要承载体，承受多种载荷，对整车的使用寿命和安全有着重要影响。
在整车设计时，必须对车架强度进行分析。
利用CA TIA软件进行汽车车架零件CAD建模，结合CAD模型对车架进行有限元建模，建立四种典型工况对车架强度进行分析，通过有限元软件计算，求得各工况下的静态安全因子和应力分布。
关键词：有限元分析；车架；结构中图分类号：U467.3 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)19-116-03Application of CAE technology in frame design of vehicleYang Qiang, Wang Wenlei, Zhang Qi, Wang Hongbin, Wang Shanshan( Shaanxi Steam Group Commercial Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Baoji 721000 )Abstract: The vehicle frame is the main carrier, which bears many kinds of loads. In the whole ve-hicle design, the frame strength must be analyzed. CATIA is used to carry out CAD modeling of ve-hicle frame parts, and FE modeling is carried out on the frame based on the CAD model. Four typ-ical working conditions are established to analyze the strength of the frame, and the static safety factor and stress distribution under each working condition are obtained through the calculation of the FE model.Keywords: FE analysis; vehicle frame; structureCLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)19-116-031 概述商用车是在设计和技术特征上用于运送人员和货物的汽车，分为货车和客车。
某商用车车架轻量化设计
21410.16638/ki.1671-7988.2018.21.072某商用车车架轻量化设计王超，苗永，康孝峰，樊于朝，冶金鑫（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）摘 要：论文基于用户对重卡轻量化的需求，介绍了一种在不影响安全性能情况下的轻量化悬架的设计分析优选方法，确保轻量化悬架在自重轻的情况下满足使用强度满足要求。
关键词：重卡；轻量化车架中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)21-214-04A commercial vehicle frame lightweight designWang Chao, Miao Yong, Kang Xiaofeng, Fan Yuchao, Ye Jinxin( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Shaanxi Xi'an 710200 )Abstract: Based on the user's demand for light weight, this paper introduces a method of design analysis and optimization for light weight suspension without affecting the overall performance, so as to ensure that the strength of one suspension can meet the requirements in the case of light weight. Keywords: heavy-duty truck; LightweightframeCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)21-214-04引言对于商用重型卡车，车架是汽车的载体，承载着动力系统、驾驶室、传动系统、转向系统、上装载货物等。
116_庞崇剑_OptiStruct在优化白车身整体弯曲刚度中的应用
OptiStruct在优化白车身整体弯曲刚度中的应用OptiStruct Application in BIW Bending StiffnessOptimization庞崇剑武敬伟郭涛（上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州545007）摘要：白车身整体弯曲刚度影响车身基础应力、及NVH性能,是车身结构的基本指标。
本文应用Altair公司的有限元软件OptiStruct，对某MPV的白车身进行了关于整体弯曲刚度的自由尺寸优化，找出了相对薄弱位置，据此对其结构进行了优化设计，白车身整体弯曲刚度得到显著提升。
关键词：整体弯曲刚度OptiStruct 自由尺寸优化形貌优化Abstract:BIW bending stiffness influences basic stress and NVH performance and is the basic target of vehicle body. In this thesis, free-size optimization about BIW bending stiffness is performed using OptiStruct. According to the optimization results, relative weak spaces are found and optimization design is conducted. After optimization design, BIW bending stiffness is increased markedly.Key word：BIW bending stiffness, OptiStruct, Freesize Optimization, Topography Optimization1 引言近年来，汽车市场竞争不断加剧，这要求开发周期越来越短，CAE在汽车开发中扮演着越来越重要的角色。
为了降低重心高度和提高车架的扭转刚度
第20章 车架
图示 轿车(X型)车架
第20章 车架
20.2 中梁式车架
中梁式车架只有一根位于中央而贯穿汽车全长的纵 梁，亦称为脊骨式车架，如图所示。
中梁的断面 可做成管形、槽 形或箱形。中梁 的前端做成伸出 支架，用以固定 发动机，而主减 速器壳通常固定 在中梁的尾端， 形成断开式后驱 动桥。
第20章 车架
第20章 车架
目前，汽车车架的结构形式基本上有三 种： 边梁式车架 中梁式车架(或称脊骨式车架) 综合式车架
第20章 车架
20.1 边梁式车架 边梁式车架是由两根位于两边的纵梁和若干根横梁 通过铆接或焊接而连成的坚固的刚性构架。 边梁式车架的纵梁通常用低合金钢板冲压而成，一 般为16Mn。其断面形状有槽形断面、箱形断面、 “Z”字形断面和“工”字形断面等几种。
第20章 车架
解放CA1091 型汽车的车架 与东风 EQ1090E 型 汽车的车架结 构基本相似， 但解放 CA1091 型汽 车的车架是前 窄后宽的结构， 前部宽度缩小 是为了给转向 轮和转向直拉 杆让出足够的 空间，从而保 证最大的车轮 偏转角度。
第20章 车架
图示 轿车(X型)车架
对于短而宽的汽车车架，为了降低重心高度和提高车架的扭 转刚度，通常制成前窄后宽而后部向上弯曲的车架结构，且两根 横梁制成X形(X形车架)，如图所示。故X形车架一般只用于轿车 车架。
Байду номын сангаас
第20章 车架
保险杠
右纵梁 发动机
后悬支架
后簧支架横梁
左纵梁
发动机后悬 支架横梁
第20章 车架
图示 车架纵(横)梁的剖面形状 a)槽形 b)工字形 c)Z字形 d)箱形 e)管形
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CAE商用车车架弯曲刚度的提升探讨
摘要：本文针对弯曲刚度有限元计算展开分析，内容包括有限元软件建模、
边界条件分析、约束方法分析等，通过研究增加第四横梁、增加减重孔、调整孔
位置、垂直载荷调整等优化策略，其目的在于提升车架弯曲刚度，提高CAE商用
车运行过程的安全性。
关键词：CAE商用车；边界条件；约束方法；弯曲强度
随着全球经济化发展，环保、节能及被动安全性等问题的提出，在汽车新车
型的开发过程中对车身的结构性能要求越来越高，而车架作为商用车的主要承载
系统，其弯曲刚度是其开发过程中首要考虑的重要指标。
车架的弯曲刚度是其结
构反映出的载荷与变形之间关系的特性。
车架的弯曲刚度不足，会引起整车满载
状态下，车架变形过大；会使乘员感觉到不舒适，带来噪音和部件的疲劳损害。
对此需做好相应的优化处理工作，以提高车架应用过程的安全性。
1弯曲刚度有限元计算分析
1.1有限元软件建模
图一车架弯曲度简易模型
如图一所示，在对车架弯曲刚度进行分析时，需要将其和车架弯曲频率、车
架长度、结构轴距等参数关联在一起，利用相互之间的关联性来建立有限元模型。
在有限元建模过程中，需要对各项参数指标进行明确，如简支梁长度、简支梁截
面面积、弹性模量、车架尺寸、重力加速度、支架与约束点之间的间隔、集中结
构质量等。
在对模型内参数进行计算式，可以利用弯曲模态的相关公式来完成模
态量计算，同时利用挠度公式和刚度计算公式来完成其他参数信息的计算工作，
随后将其和标准数据进行对比，评估参数信息的合规性，从而提高分析结果的可
靠性和实用性。
1.2边界条件分析
在有限元模型的分析过程中，需要做好约束条件的确定工作，在具体的分析
过程中，相关的约束条件包括以下几部分：第一，对于车架左侧和右侧的约束条
件为结构垂直方向或水平方向上的自由度，包括平动自由度、其他自由度释放值；第二，载荷数值的约束条件，在车架应用过程中，其中间位置所加载的集中荷载
数值为固定值，和结构中间质量的自重保持一致，可利用荷载公式来完成计算；
第三，对于约束条件下的一阶弯曲模态数值进行计算，同时也需要对弯曲变形情
况进行计算，对于所计算数值进行细化分析，同时明确具体的弯曲刚度数值，提
升计算结果的可靠性。
1.3约束方法分析
在对车架应用情况进行计算时，需要注意以下几方面应用内容：第一，对于
车架平动自由度进行约束处理，如果悬架结构使用的结构为板簧结构，那么在对
其进行约束时，会选择结构安装点之间的中间位置来作为约束点，此时计算模型
也会转移到副车架结构上，以确保车架结构使用过程的稳定性。
第二，做好测点
分布问题的处理工作，了解结构所在位置的最大位移点所在位置，同时也可以对
弯曲刚度值进行合理计算，绘制相应的刚度变化曲线，做好参数信息的分析工作，从而提升分析结果的可靠性。
2车架弯曲刚度的提升策略
2.1增加第四横梁
通过增加第四横梁，能够起到良好的受力分流效果，进而提高车架结构的弯
曲刚度。
选择增加第四横梁的主要原因在于，车架结构的加载点多集中在第三与
第五横梁之间，但两者之间的长度相对较大，需要提供额外的结构支撑，以提高
结构本身的综合强度。
在第四横梁增加过程中，需要对结构所在位置进行计算，
可以参考有限元模型来对添加位置荷载情况进行分析，可以借助仿真模型来模拟
添加不同位置后所带来的受力情况，经过综合评估结果来确定结构可以添加的最
佳位置，从而提升数据分析结果的可靠性。
2.2增加减重孔
通过增加减重孔，可以减少支架结构的总重量，借此来提升车架结构的弯曲
强度。
在减重孔所在位置的确定过程中，也需要对车架结构的整体性能进行评估，在满足要求的基础上兼顾轻量化要求，设置一定数量的减重孔[1]。
总结以往的应
用经验，在实际改进过程中可以在商务车第一横梁、第五横梁、第六横梁和第七
横梁上进行减重孔设置，设置位置避开主要荷载点，随后对于其他横梁结构的强
度进行适当提升，借此来分流减重横梁结构受力，确保整个车辆的稳定性。
另外，在实际应用过程中，也需要做好减重孔数量的控制工作，从而将参数控制在合理
范围内，确保结构受力的均衡性。
2.3调整孔位置
通过调整孔位置，能够调整车架结构的受力分布，借此来提高车架结构的稳
定性。
在CAE商用车结构中，基础板体系中的第三横梁容易在外界冲击下出现钣
金压溃，这也对车架结构弯曲强度带来较大的负面影响。
对此在实际调整过程中，可以将孔位置从原来侧面位置调整到钣金中心位置，同时也会对其他车架结构相
对位置进行调整，在确保CAE商用车外形不变的情况下，使车架结构整体性得到
大幅度提升，满足相应的荷载要求。
另外，在确定孔位置时，可以对预选方案进
行仿真实验，根据实验结果来调整相关参数，从而提高孔位置的合理性[2]。
2.4垂直载荷调整
除了上述优化措施外，在对结构弯曲强度进行优化时，还可以对垂直荷载进
行调整，借此来提升结构荷载分流情况，提升结构本身的稳定性。
在垂直荷载调
整过程中，需要做好垂直荷载初始数值的计算工作，同时在应用中也会兼顾其他
荷载的变化情况，利用仿真软件来模拟出最优化的解决方案，评估该方案的可行性和经济性，进一步优化方案内容，从而提升所设计荷载分流方案的可靠性[3]。
结束语
综上所述，增加第四横梁，能够起到良好的受力分流效果，增加减重孔，可以减少支架结构的总重量，调整孔位置，能够调整车架结构的受力分布，垂直荷载调整，可以提升结构荷载分流效果。
通过采取合理措施来提升车架弯曲强度，对于提升车架结构稳固性有着积极地意义。
参考文献
[1]陈海彬.基于CAE商用车车架弯曲刚度的提升[J].汽车实用技
术,2020,45(16):99-100+119.
[2]郝丽丽,张作功,崔震,王乾勋,刘威峰,秦国亮.商用车车架弯曲刚度研究[J].汽车实用技术,2020(06):68-71.
[3]陈姗姗,韦尚军,吉春雨,万志敏,郑伟光.基于模态分析的某商用车车架结构优化设计[J].装备制造技术,2019(11):40-43+72.。