SUV白车身扭转刚度的分析与优化_熊辉
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。
白车身扭转刚度实验
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
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4H乙车身重量减少1.5KG。
标签：模态分析；结构优化；有限元分析前5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。
实践证明对口车身结构进行有限元分析可以提前发现、避免相关的设讣缺陷，及时整改、优化设讣。
从而缩短开发周期，节约试验费用。
文章通过对口车身的模态分析对设讣进行结构优化，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」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，在非关键区域儿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，并保证网络的儿何匹配。
根据车身提供的数字模型，最终口车身带玻璃有限元模型单元547, 219, 节点569, 580个，见图1。
基于扭转刚度的白车身减重优化
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
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。
白车身骨架模态研究与结构优化设计
2024年第2期47白车身骨架模态研究与结构优化设计马保林，熊辉，张略（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘 要：为了提高某承载式车身骨架的模态，解决其在汽车行驶过程中与外界激励频率重合产生共振和异响，改善白车身骨架的NVH性能，对某轿车白车身进行研究并对关键零部件进行了结构优化设计，并进行有限元分析验证。
根据有限元分析及实车验证，这些结构优化方案对改善车身模态频率具有良好的效果，为其他车型提供设计参考。
关键词：模态分析，结构优化，白车身，有限元分析中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）02-0047-05Research on the BIW Modal and Optimization Design of theStructuralMA Bao-lin, XIONG Hui, ZHANG Lue (Chery Automobile Co., Ltd., WuHu 241000, China)Abstract: In order to improve the mode of a load-bearing body frame, solve the resonance and abnormal noise caused by its overlap with the external excitation frequency during the driving process of the car, and improve the NVH performance of the BIW skeleton, the BIW of a car was studied, and the structural optimization design of key components was carried out, and the finite element analysis was carried out to verify it. According to the finite element analysis and actual vehicle verification, these structural optimization schemes have a good effect on improving the modal frequency of the body, and provide design reference for other models.Key Words: Modal Analysis; Structural Optimization; Body-In-White; Finite Element Analysisdoi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.02.008 收稿日期：2024-01-021 前言随着我国汽车行业的飞速发展，乘员对于汽车振动噪声品质的要求不断提高。
《白车身扭转刚度》课件
白车身扭转刚度计算方法
刚度理论基础：介绍扭转刚度计算所依据的理论基础和相关概念。 扭转刚度计算公式：详细讲解白车身扭转刚度的计算方法和公式。 参数和材料输入：说明计算扭转刚度所需的参数和输入材料的要求。
案例分析和应用实例
案例一：探索一个成功的汽车制造案例，展示如何应用白车身扭转刚度来提高车辆性能和安全性。 案例二：介绍一种创新的白车身设计方案，展示其扭转刚度的优势和应用效果。 案例三：使用具体数据和分析结果，展示白车身扭转刚度在车辆稳定性方面的重要性。
结论
总结白车身扭转刚度的作用和应用：强调白车身扭转刚度在汽车制造业中的关键作用和潜在应用。 展望未来的发展趋势：探讨白车身扭转刚度领域的发展方向和趋势。
《白车身扭转刚度》PPT 课件
白车身扭转刚度是一项关键性能指标，对汽车制造业具有重要意义。本课件 将介绍白车身扭转刚度的定义课程背景介绍：探索白车身扭转刚度的关键性能指标。 目标和意义：了解白车身扭转刚度在汽车制造业中的应用和重要意义。
白车身扭转刚度的定义和重要性
白车身扭转刚度概念：解释白车身扭转刚度的定义和基本原理。 白车身扭转刚度的重要性和应用领域：探讨白车身扭转刚度在车辆性能、制造工艺和安全性能中的重要作用。
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。
汽车门洞密封条风噪性能研究
doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.03.009 收稿日期：2023-03-16 汽车门洞密封条风噪性能研究熊辉，李磊，周伟（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘 要：当汽车在高速路面上行驶时汽车会受到风压的影响，尤其是在汽车侧面的车门区域，空气的负压力会让车门开闭件及密封条产生一定的变形，造成路面噪声及风噪声泄露到驾驶舱内，对乘客产生干扰并感觉到不舒适。
研究开闭件密封条结构及风压的影响，针对性的改进密封条的结构减少乘客舱内的风噪声，对整车的NVH性能提升至关重要。
关键词：风噪；门洞密封条；NVH中图分类号：U467.4 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）03-0048-04Research on Wind Noise Performance of AutomotiveDoor Sealing StripXIONG Hui, LI Lei, ZHOU Wei(Chery Automobile Co., Ltd, WuHu 241000, China)Abstract: When driving on high-speed roads, the car will be affected by wind pressure, especially in the door area on the side of the car. The negative air pressure will cause certaindeformation of the door opening and closing components and sealing strip. Road noise andwind noise leak into the cockpit, causing interference and discomfort to passengers.Studyingthe structure of the sealing strip of the opening and closing components and the impactof wind pressure, improving the structure of the sealing strip to reduce wind noise in thepassenger compartment is crucial for improving the NVH performance of the entire vehicle.Key Words: Wind Noise; Door Sealing Strip; NVH1 前言随着汽车技术的发展和提升，消费者对汽车的需求不再是简单的能开和好看，消费者把汽车变成一个移动的家。
关于白车身强度分析及优化设计
关于白车身强度分析及优化设计摘要：先谈一谈车身强度分析的方法，而后提出基于强度要求的白车身设计方法，指出当悬架、副车架安装位置不同时，强度设计要点与方法有所不同，最后提出白车身强度优化技巧。
关键词：汽车；强度；应力；设计对于汽车来说，车身强度可以直接影响和决定汽车的结构强度，若车身强度不够，则容易导致汽车的整体结构受到影响。
在汽车行驶过程中，车身结构需要承受不同的荷载，且不能出现裂纹、塑性变形、损坏的问题。
如果在设计过程中存在车身强度不足的问题，则汽车行驶过程中较容易出现塑性变形，汽车的行驶安全与使用寿命随之受到影响。
也正是因为如此，在汽车设计中，必须高度重视车身强度分析及优化设计，充分确保汽车车身的强度。
本文较系统的探究了白车身强度及优化设计，现作如下的论述。
一、车身强度分析的方法车身强度分析十分重要和必要，必须始终视为车身结构优化设计的重点。
汽车的白车身可以承载多种工况下的整车重力与加速度，主要有右转、静止起步、垂直冲击、制动、左转。
在行驶过程中，各个零部件因为受力和大小的不同，为避免出现车身结构开裂、变形等风险，在早期的设计过程中便需要确保每一个零部件有足够的强度。
就车身强度分析的目的来说，最根本的目的是精准评估每白车身每一个零部件的运行情况，确保在各种工况下均可以安全平稳的运行。
若是评估结果低于零部件本身的强度，则表明车身强度不足，必须进行针对性的加强处理[1]。
目前来看，在车身强度分析中，主要是分析五种工况下车身零部件的受力大小，包括静止起步、垂直冲击、右转、制动、左转。
车身强度分析时，可以在ADAMS（机械系统动力学自动分析）里面计算并提取相关信息，关键信息是不同工况下前后悬架与减震器连接点的荷载。
考虑到重力场的作用，对轮心做好约束，并且要释放约束惯性。
在判断与分析白车身强度结果时，有最为基本和重要的一条准则，即白车身的最大应力不能超过其零件的屈服强度。
二、基于强度要求的白车身设计方法在分析白车身强度时，无论是哪一种工况，白车身所受到的力均是由悬架、副车架安装点向周边件传递的，所以悬架、副车架的安装部位受力最大，这一种力可以朝着焊接点向周边的零部件传递。
某SUV白车身刚强度分析及优化
某SUV白车身刚强度分析及优化作者：唐尹静李志义来源：《中国科技博览》2019年第07期[摘要]在载荷作用下，白车身缺乏刚度会导致物体的大变形，造成密封松动、渗漏和渗水等问题，从而使物体的振动频率较低，容易产生结构共振和声音；白车身强度不足会造成车身件屈服变形，疲劳耐久性能差，影响汽车行驶寿命，最终影响汽车安全机能，因此，汽车的安全性、可靠性和行驶平顺性靠刚度与强度来保障。
本文以某SUV白车身为研究对象，采用有限元分析方法，研究了该白车身的刚度与强度。
[关键词]白车身；刚度；强度；优化中图分类号：TU685 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0092-011车身设计有限元分析法在数学中，有限元元素法是由数学大师阿基米德的逼近法所衍生出，更因此理论发展出了微积分学。
有限元法是一种数值方法用来计算偏微分方程边值问题。
当解决问题时，整个问题区域被分解，每个分区变成一个简单的部分，称为有限元。
采用变分法，最大限度地减小了误差函数，得到了稳定解。
它类似于圆有无线细线连接，从而使连续无限自由问题转化离散有限自由问题。
将连续解分离为一组单元，通过对它们的分析，可以得到真实结构的各种性质，满足工程项目要求。
由于大多数实际问题不能得到准确解，而有限元法具有精度高、效率高、成本低等优点，并且可以适应各种复杂情况，成为工程分析的最常用方法。
2模型创建和模态分析模型是通过主观意识用来塑造结构的对象，具体反映系统的结构性能和特征。
通过几何清理进行模型的创建，利用Hypermesh软件生成有限元模型。
采用有限元法，用Hypermesh软件将白车身钣金件离散为四边形、三角形网格，并对网格质量进行控制，采用Rbe2、Rbe3、Cbeam、Acm、Adhesive等单元模拟螺栓、点焊、缝焊、粘胶，建立合理准确的白车身有限元模型（即进行焊点的处理、模型的简化、模型的调整、单元质量检查）。
在有限元模型能够反映机体实际力学特性的前提下，进行有效的简化。
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。
EQ6111LH客车整车扭转刚度的分析与优化
EQ6111LH客车整车扭转刚度的分析与优化
胡浩;黄其柏;胡溧;丁律辉;宋朝
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2006(026)003
【摘要】以EQ6111LH客车为例,采用有限元法分析了整车扭转刚度和模态.通过灵敏度分析,了解了车身骨架不同构件的质量变化对整车性能的影响.根据灵敏度分析结果,选择有效的设计变量进行了整车扭转刚度优化.并且为了符合工程实际,优化过程中采用了离散的设计变量.
【总页数】4页(P73-76)
【作者】胡浩;黄其柏;胡溧;丁律辉;宋朝
【作者单位】华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】U467
【相关文献】
1.SUV白车身扭转刚度的分析与优化 [J], 熊辉;方军;袁堂福;肖锋;
2.某客车整车侧翻分析及优化方案 [J], 王煜;汪中传
3.基于有限元分析的某重卡白车身扭转刚度优化设计 [J], Zhao Zhen;Shan
Changzhou;Wang Xiangting
4.8米新能源公交客车整车仿真分析及优化 [J], 王鹏; 王卫; 李长松
5.复合材料——金属组合空间桁架结构优化及扭转刚度分析 [J], 杨军;邵飞;李峰;黄亚新;孙峰;陈岩
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日习则学不忘，自勉则身不坠。
— — —徐干
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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。
的后纵梁处；在试验中如果已通过专用加载设施实现， 位可以加大简化。考虑到白车身的力学特性，本次采用
就不必再使用额外约束装置。
离散板壳单元的组集，对车身结构的分析相对比较准
白车身扭转刚度试验加载方法：在白车身前左右 确。门槛加强板模型，如图 ４ 所示。
减振器座上施加一大小为 ２ ０００ Ｎ·ｍ 的力矩，力的方
进行计算更为准确。
KＴ＇＝
ΔT ΔφＦ－ΔφＲ
（２）
式中：KＴ＇— ——考虑零飘之后的修正的白车身整体扭转
刚度，Ｎ·ｍ（／ °）；
ΔT—— —加载时从 １ ６００￣２ ０００ Ｎ·ｍ 的变化扭矩， ΔT＝４００ Ｎ·ｍ；
ΔφＦ，ΔφＲ—— —加载时从 １ ６００￣２ ０００ Ｎ·ｍ 的前后 部扭转角变化量，（°）。
承载式车身几乎承受了轿车所有工况的载荷，包 含扭转、弯曲、振动以及碰撞等，因此其必须拥有足够 的刚度和强度来保证整车的使用需求和动态性能需 求。而白车身扭转刚度是整车性能重要的指标之一，合 理的扭转刚度设计可以避免车身在很多工况下发生的 可靠性、耐久性、疲劳强度、振动及噪声等相关问题。文 章以某款 ＳＵＶ 为研究对象，对其白车身扭转刚度进行 了优化设计。
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２第０１２６（期２）
Ｄｅｓｉｇｎ－Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ
图 7 白车身简化模型图
通过简化模型灵敏度分析找出对白车身扭转刚度 影响的关键部件并分析出贡献量，具体的分析结果，如 表 １ 所示。表 １ 中各处零件皆为贡献量较大，需要重点 考虑进行优化设计的部件。
表 1 白车身灵敏度分析结果
零件
扭转刚度/ 刚度增量/ 提升率 关键连接点
（N·m（/ °）） （N·m（/ °）） /%
基础模型
7 242
前顶横梁连接板
8 186
943
１３．０
中顶横梁连接板
8 098
855
１１．８
后顶横梁连接板
8 433
1 190
１６．４
前轮罩连接板
8 834
1 592
２２．０
后轮罩连接板
7 855
613
８．５
1 SUV 白车身结构及扭转试验工况
白车身按承载形式的区别，可分为非承载式、半承 载式和承载式三大类。承载式车身无车架，整车车身的 强度和刚度主要由白车身骨架予以保证，多数中低档 轿车和 ＳＵＶ 车身属于承载式车身。
文章研究对象为某款 ＳＵＶ 白车身骨架系统，如图 １ 所示。ＳＵＶ 白车身骨架系统相对于轿车更多行驶在 乡村道路，更容易受到扭转工况的冲击；而且相对于三 厢轿车，其骨架系统无包裹架结构，后背门处开口较 大，因此其设计的优化提升挑战性更大。
后轮罩安装板
7 959
716
针对以上部位进行工程分析，主要从 ４ 个方面进 行结构优化设计：
１）顶盖上横梁和侧围的搭接接并增加接头搭接长度，增加焊点。根据质量控制情 况可以适当增加搭接板的料厚。
２）后背门处 Ｄ 环截面增加隔板、优化封闭截面、在 轮罩上增加 Z 方向梁，与地板进行搭接、增加上接头连 接零件料厚。
Torsion Stiffness Analysis and Optimization of SUV Body-in-white
Abstract: Body-in-white torsion stiffness can＇t meet the design target （≥17 000 N·m（/ °））in SUV development process due to larger opening in rear wall area and no package bracket. Taking a SUV white body as the research object, the finite element model of a SUV is established and the stress analysis and sensitivity analysis are carried out. According to the mechanical properties of the white body structure and the analysis results, the torsion stiffness increases to 17 870 N·m（/ °），the increase rate reaches to 22.5%. The analysis method and optimization can improve the body torsion stiffness in the body data design stage, greatly shorten the development cycle and reduce the development cost. Key words：SUV; Torsion stiffness; Design optimization; Sensitivity analysis
限于篇幅，扭转角的获取、插值与计算此处不再详 细叙述。通过式（２）可以准确计算出白车身的扭转刚度。
2 白车身扭转刚度有限元分析
白车身的设计开发中，针对白车身结构进行有限 元分析可有效缩短产品开发周期、节约开发费用，并能
图 5 白车身有限元模型图
在上述白车身模型的基础上，进行模型边界的定 义和添加支撑，文章中支撑单元选用多点约束 ＭＰＣ１８４ 单元模拟力和力矩。然后整个白车身模型按照上述扭 转试验工况进行约束加载，进而后处理得到白车身的 扭转变形云图和扭转角度。扭转变形云图，如图 ６ 所 示。经过计算，其 KＴ＝１３ ８４９ Ｎ·ｍ（／ °），不满足项目设定 目标（≥１７ ０００ Ｎ·ｍ（／ °））。
ZX Y 载荷 ２ ０００ Ｎ·ｍ
ΔX，ΔY，ΔZ
ΔZ 图 2 白车身扭转刚度约束和加载示意图
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技术聚焦 FOCUS
２０１６ 年 ２ 月
设计·创新
注意：若白车身的后悬架采用钢板弹簧结构，则约 拟 ５ 个步骤。结构简化工作首先保证结构力学性能，对
束点为每侧钢板弹簧 ２ 个安装点中间位置 X 坐标对应 重点关心部件尽量少简化和不简化，不影响性能的部
变形量/ｍｍ
１．８４５ ０ １．４３４ ０ １．０２２ ０ ０．６１０ ０ ０．１９８ ３ －０．２１３ ５ －０．６２５ ３ －１．０３７ ０ －１．４４９ ０ －１．８６１ ０
图 6 白车身扭转变形云图
约束、求解以及后处理分析。
3 白车身刚度灵敏度分析和设计优化
几何模型 ＵＧ Ｐｒｏ／Ｅ
ＣＡＴＩＡ
图 1 承载式 SUV 白车身骨架系统图
弯曲刚度可用车身在铅垂载荷作用下产生的挠度 大小来描述，或者用单位轴距长度最大挠度量评价。扭 转刚度可以用车身在扭转载荷作用下产生的扭转角大 小来描述，或用单位轴距长度轴间相对扭转角评价［１］。
白车身扭转刚度试验约束方法：约束白车身前保险 杠中间处，保证约束点 Y 坐标的值为 ０，约束该点 Z 向 的平动自由度（ΔZ）。约束白车身后左右弹簧座 X，Y，Z ３ 个方向的平动自由度（ΔX，ΔY，ΔZ），如图 ２ 所示。
２０１６（２）
Ｄｅｓｉｇｎ－Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ
FOCUS 技术聚焦
Ｓ Ｕ Ｖ 白车身扭转刚度的 分析与优化
熊辉 方军 袁堂福 肖锋 （奇瑞汽车股份有限公司）
摘要：某款 SUV 开发过程中，由于后围部分门洞开口较大并且缺少包裹架结构，引起白车身扭转刚度不满足设计目标 （≥17 000 N·m（/ °））。对其建立有限元模型并进行扭转工况加载和受力分析以及灵敏度分析，依据白车身结构力学特性 及分析结果进行优化设计，使其扭转刚度提升至 17 870 N·m（/ °），提升率达 22.5%。通过此种分析方法和优化方案，可以 在车身数据设计阶段提升车身扭转刚度，大大缩短开发周期，降低开发成本。 关键词：SUV；扭转刚度；优化设计；灵敏度分析
ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ 前处理 有限元 模型
求解器 ＡＢＡＱＵＳ ＮＡＳＴＲＡＮ ＡＮＳＹＳ