某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计
白车身模态灵敏度分析及厚度优化
零件
护板 行李箱罩支撑 后备箱门闩盖
管路_07 后顶管 后支架 后背门门闩底板 后背门门闩底板 管路_06
右A柱 左后支架 左斜底梁 左斜底梁 右A柱下护板 右端盖 左A柱下护板 左端盖
Sensitivity
0 -0.05
-0.1 -0.15
-0.2 -0.25
-0.3 -0.35
-0.4 -0.45
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:弯曲模态灵敏度
Variable
变量
d224 d513 d449 d384 d353 d23 d138 d421 d243 d464 d440 d119 d102 d33 d527
通过对白车身535个零件模态灵敏度分析底梁对于重量、扭转模态、
弯曲刚度的灵敏度影响较大；
底板对于重量灵敏度的影响较大；
分析目标： 设计变量： 变量范围： 约束条件：
评价指标：
白车身重量最小
白车身535个零件厚度
初始厚度±20% 一阶扭转及一阶弯曲模态频率达标,弯曲和扭转 刚度大于目标值 若目标件的灵敏度在多个变量中排名前20，则 不建议改动
d369 d314 d284 d359 d483 d504 d172 d247 d472 d171 d264 d30பைடு நூலகம் d499 d184 d484
中横梁 中前底横梁 左斜底梁
后墙 左A柱螺柱管 右A柱螺柱管
A柱横梁 右斜底梁 前下方设备面板 后支架
右A柱 中横梁 右A柱下护板 左斜底梁 左A柱下护板
底部内部构件 右上端缓冲装置 左侧撞击连接护板
左变速器通道 右变速器通道 保险杆支撑 保险杆支撑
d247 d360 d239 d235 d448 d301 d246 d264 d302 d184 d284 d499 d231 d484 d299
基于灵敏度分析的白车身轻量化设计
基于灵敏度分析的白车身轻量化设计摘要随着环保和节能意识的逐步提高，汽车轻量化已成为一个不可逆转的趋势。
本文以白车身轻量化为研究对象，采用灵敏度分析方法对车身结构进行优化设计，最终得到了轻量化方案，减少了车身重量，提高了综合性能。
关键词：白车身；轻量化；灵敏度分析；综合性能第一章引言随着人们生活水平和汽车行业的发展，车辆的需求量越来越大。
但车辆排放和能耗问题引起了大众的关注，汽车轻量化不仅可以降低燃料消耗和排放，还可以提高汽车的安全性能和舒适性能。
因此，汽车行业的轻量化已经成为了汽车行业的发展方向之一。
白车身是指没有安装车身外饰、底盘、发动机和传动系统等零件的车身，它是汽车制造的根基。
白车身轻量化不仅可以降低整车质量，还可以在不降低强度、刚度的前提下，提高车身排放和安全性能。
因此，对于白车身轻量化设计的研究具有重要意义。
本文以灵敏度分析为基础，对白车身轻量化设计进行了研究，并通过对模型进行分析，提出了相应的设计方案，最后得出了相应的结论。
第二章白车身轻量化的原理和方法2.1 白车身轻量化的原理白车身轻量化的主要原理是通过使用更轻的材料，优化车身结构来达到降低整车质量的目的。
实际上，白车身轻量化的核心是改变材料，改变结构。
2.2 白车身轻量化的方法白车身轻量化的方法主要包括材料轻量化、加工技术优化、结构优化等。
其中，结构优化是轻量化设计中最常用的方法。
目前，常用的优化方法有参数优化法、拓扑优化法、灵敏度分析法等。
第三章灵敏度分析的基本原理和应用3.1 灵敏度分析的基本原理灵敏度分析是一种用于确定模型参数和输出变量之间关系的分析方法。
灵敏度分析可以根据不同的变化规律来确定参数的重要性，找出参数的影响因素，综合分析参数的综合效应，为优化设计提供理论依据和方向。
3.2 灵敏度分析的应用灵敏度分析在工程和科学领域中有着广泛的应用，如：优化设计、参数估计、参数调节、系统控制等。
在轻量化设计中，灵敏度分析常被用于确定参数的重要性，找出不同参数对轻量化效果的影响因素，为优化设计提供科学依据和方向。
轿车车身结构修改灵敏度分析
2007年(第29卷)第6期汽 车 工 程A utomo ti ve Eng i nee ri ng2007(V o.l 29)N o .62007118轿车车身结构修改灵敏度分析原稿收到日期为2006年5月22日,修改稿收到日期为2006年8月18日。
高云凯,张海华,余海燕(同济大学汽车学院,上海 201804)[摘要] 建立某国产普通轿车白车身的有限元模型,预测分析其静态弯曲特性和扭转特性,在此基础上对白车身各部件刚度和强度的灵敏度进行分析,并将分析结果应用于板厚优化。
优化结果表明:通过对灵敏部件的板厚修改,白车身的强度和刚度性能得到显著提高,为车身的优化设计提供参考。
关键词:轿车车身;板厚;灵敏度;优化Sensiti v it y Anal ysis on Car Body StructuralM od ificati onGao Yunka,i Zhang Haihua &Yu Ha i y anS c h ool of Auto m obile ,Tongji University ,Shangha i 201804[Abstract] A finite e le m entm ode l for the body -in -w hite of a ho m e -m ade car is set up ,w ith w h i c h the bothstreng th and stiffness for static bending and torsi o n o f a ll its panels are analyzed .The results of ana lysis are t h en ap -plied to thickness opti m izati o n .The result sho w s that by chang i n g the th ickness of sensitive panels the streng t h and stiffness of t h e body -in -w hite have i m proved obviousl y .Th i s prov ides a re ference for the opti m al design of car body .K eyw ords :C ar body ;Panel t hickness ;Sensitivity ;Opti m ization前言汽车车身是否轻量化直接影响整车的生产成本、燃油经济性以及动力性等,因此,如何使车身质量尽量小的情况下满足强度和刚度要求已成为车身设计的重要内容。
硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计的开题报告
硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计的开题报告一、选题背景及意义随着汽车行业的发展，对轿车白车身（即未喷漆前的车身结构）的质量要求越来越高，白车身的硬件在环设计和优化也显得越来越重要。
硬件在环是指机械结构的环境适应性，即机械结构在各种环境条件下的可靠性、寿命和性能稳定性能力。
在轿车白车身的设计中，硬件在环因素是影响其质量和寿命的重要因素。
本课题将选用一种已有的轿车白车身结构进行分析与优化设计，通过分析硬件在环设计因素，加强其在各种环境下的适应性，提高车身质量和寿命，达到节约成本、提高竞争力的目的。
二、研究内容及目的本文将选取一种已有的轿车白车身结构进行研究，通过建立数学模型，对其进行分析与优化设计，从而提高其硬件在环适应性和车身质量，达到节约成本、提高竞争力的目的。
具体的研究内容包括：1. 研究各个环境因素对轿车白车身结构硬件在环设计的影响机理。
2. 建立轿车白车身结构的有限元分析模型，并进行分析。
3. 分析硬件在环设计因素，并优化其结构设计。
4. 通过性能试验验证优化设计的效果。
本研究的目的是：1. 探究轿车白车身结构硬件在环设计的影响因素及机理。
2. 研究轿车白车身结构的优化设计方法，提高其在各种环境条件下的适应性。
3. 提高轿车白车身结构的质量和寿命，降低生产成本。
4. 优化车身结构设计，提高产品竞争力，满足市场需求。
三、研究方法及流程本文主要采用以下研究方法：1. 理论研究法：对轿车白车身结构硬件在环设计的基本概念和原理进行深入理解和阐述。
2. 数学模型法：利用有限元分析方法建立轿车白车身结构的数学模型进行分析和优化设计。
3. 试验验证法：对优化设计后的轿车白车身结构进行性能试验，验证其硬件在环适应能力和优化效果。
研究流程如下：1. 调查分析市场需求，确定研究方向。
2. 对轿车白车身结构的硬件在环设计进行深入研究。
3. 利用有限元分析方法，建立轿车白车身结构的数学模型并进行仿真分析。
4. 分析硬件在环设计因素，并优化其结构设计。
基于灵敏度分析的车身结构轻量化设计
90机械装备研发Research & Development of Machinery and Equipment2020年9月下基于灵敏度分析的车身结构轻量化设计李海洋（南昌市江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）摘 要：为了更好地探讨灵敏度分析对车身轻量化设计的影响，文章选取某轿车的车身作为分析试验对象，建立以轿车白车身为原型的试验结构，旨在通过实验得出轿车白车模型建立过程中可能对各种重要数据造成的影响，及轻量化设计的可行性、必要性。
此外，还有效使用了有限元法分析模型进行灵敏度观察，进而获得绝对值较大的灵敏度数值下车身钣件计量情况，以此优化车身扭转模态频率灵敏度，实现车身重量降低的最终目标。
关键词：白车身；车身结构；模型；有限元法；灵敏度；轻量化设计中图分类号：U463.82 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）18-0090-02——————————————作者简介： 李海洋（1985—），男，河南信阳人，本科，助理工程师，研究方向：机电工程。
The Lightweight Design of Body Structure Based on Sensitivity AnalysisAbstract ： In order to better discuss the influence of sensitivity analysis on lightweight design of car body, this paper will select the car body of a car as the analysis test object, and build a test structure based on the car body in white, hoping to prove through experiments that the impact on various important data in the process of building the car body in white may be caused, and the feasibility and necessity of lightweight design can be obtained. In this paper, the finite element analysis model is effectively used to observe the sensitivity, and then the measurement of body sheet metal parts is obtained under the sensitivity value with larger absolute value, so as to optimize the torsional modal frequency sensitivity of the body and achieve the ultimate goal of reducing the weight of the body.Keywords ：BIW; body structure; model; finite element method; sensitivity; lightweight designLi Haiyang(Nanchang Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330052)汽车车身是汽车承载所有设备零件及乘客的主要载体，它的重量将占整个车型重量的一半以上，如果要实现对汽车轻量化的设计，必须从对车身结构进行优化的方向加以设计和研究。
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。
某轿车白车身模态分析与优化
｛ （ ｙ ｆ ）＝ｆ ｘ Ｙ ｚ ｅ： Ｈ ， ，， ） ６（ ， ，） ｌ ｜ ＇
（） ３
其 中 ： ｑ 。 ，））为矢 量振 幅 ； ｛ （ ＇ｚ ｂ ， ∞ 简谐 运 动 的角 频 率 。将其 代人 （ ） 得 ： ２， 【 一∞ 】 ｂ ｅ ｐ ｉ ｉ ＝ ） Ｋ （ ｘ （ｔ Ｏ ） ｏ） （） ４ （） ５
果 精 确度 降 低 ； 删 去 对 整 体 性 能 影 响 不 大 的 小 部 ③
件， 但保 证 总体 白车 身质 量与 实际 质量 相差 不大 。 现代轿 车 多采用 全 承载式 车 身 ， 体骨 架结构 由 车
车体结 构件 及 覆 盖件 焊 接 而 成 】 白车 身 的焊 接 工 。
中 图分类号 ： ４ Ｕ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ — ４４ ２ ｌ ） ３ ０ ２ － ３ １ ６ ４ ｌ （０ １ ０ － ０ ６ ０ ０
Ｍ ｏ ｌａ ａ ｙБайду номын сангаасｉ ｎｄ ｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａｒ ｓｂｏ ｙ—ｉ ｄａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｆｃ ｄ ｎ—ｗｈ ｔ ｉｅ Ｘｉ ａ ｙ ， Ｆ ｎ ａ ａ Ｚｈ ｏ－ ｉ ｅ ｇ Ｌ ｎ—ｆｎ ａ ｇ，Ｗ ａ ｇ Ｈｏ ｇ ｉｏ，Ｈ ｕ ｎ－ｂ ｎ ｎ －ｘａ ｉＹａ ｏ
Ａ ｓｒｃ：Ｆｎ ｅ ｍ ｎ ｍ ｄｌ ｎ ｙｉｔｅｒ ｉ ｄ ｃ ｓ ｄｂ ｅｙ． ｄｆ ｉ ｌ ｎ ｍ ｅ ｃｒ ｏｙ ｉ－ ｈｔ（ Ｉ ｂ ｔ ｔ ｉｉ ｅｔ ｏａ ａ ｓ ｏ ｉ ｕｓ ｒ ｆ ａ ｎｔｅｅ ｔ ｏ ｌ ｆ ａ’ｂ ｄ－ｎ ｗ ｉ ＢＷ） ａ ｔ ｄｅ ａｌ ｓｈ ｙ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｍｅ ｄ ｏ ａ ｓ ｅ
研 穷 与 分 析
基于灵敏度分析的乘用车白车身尺寸优化
freq - FREQ Mode 2
Subcase 1 7.71E-01 1. 43E+00 1.35E-01 4.01E-01 2.04E-01 3.03E-01 & 91E-02
Weighted Reciprocal Eigenvalue Frequency (频率倒数)及
Frequency (频率)等。
2.3尺寸优化函数
Minimize: f(X)=f(X[, x2,…，xj
Subject to: g«X) « 0, j= 1,…，m
hk(X)«0, k= 1,…，mh
式中：
141 环境技术 / Environmental Technology
1白车身一阶扭转模态 模态介绍：特征值提取，无阻尼的有限元模型特征 值提取公式
K1™—刚度矩阵（如果基础状态包括几何非线性的影 响，则包括初始刚度）；
駅一W征向量（振动的模态）； M&N—自由度。 搭建好的白车身有限元模型，采用NASTRAN软件 求解器计算。白车身求解一阶扭转模态的过程即，根据
X;L < X: < Xj, i= 1,…，n
X=(xj , X2 …，xj—变量； f(X)—目标响应；
g(X)、h(X)—约束响应。
2.4尺寸优化原理 通过设置飯金件壳厚度优化范围，设置一阶扭转模
态不低于目标值，可进行轻量化优化，获取轻量化性能
最佳的厚度分布结构；
设置一阶扭转模态高于初始值，可进行一阶扭转模
2.2尺寸优化的设置参数 变量指：变化的物理量，比如材料的密度，壳单元
白车身动态灵敏度分析及优化设计
数 的灵敏度 分析 。最 后 ， 灵敏 度分 析 的基础 上 ， 在 选
取灵 敏部 件进行 了结 构优 化设计 。
１ 轿 车 白 车 身模 态 分 析
将 某轿 车 车身 模 型进 行适 当的简 化 ．采 用 ４节 点或 ３节 点 空 间 板单 元 Ｓ ｅ ６ ｈ １ ３进行 有 限元 网格 划 １
（ 或变化 率１ 十 分必要 的。这 就是 所 谓结 构 动 态 特 是
性 的灵敏 度分析 。本 文建 立 了 国产 某轿 车 白车 身 有 限元 模型 ．计算 得 出 白车 身低 阶振 动 固有频 率 和 固
有振 型 ．进行 了振 动 固有 频率 对壳 体厚 度 等结 构参
图 １ 有 限元 模 型
维普资讯
白 身 态 敏 分 及 设 夏 林 车 动 灵 度 析 优化 计／ 国
设 计 － 究 砩
夏 国林
（ 龙 联 合 汽 车 工 业 （ 州 ） 限 公 司 ， 州 ２ ５２ ） 金 苏 有 苏 １０ ６
摘 要 ： 立 了 国产 某 轿 车 白车 身 有 限元 模 型 ， 算 得 出 白车 身 低 阶 振 动 固 有 频 率 和 固 有 振 型 ， 行 了振 动 固 有 频 率 建 计 进 对 壳 体 厚 度 等 结 构 参 数 的灵 敏 度分 析 ， 灵 敏 度 分 析 的 基 础 上 ， 取 灵 敏 部 件 进 行 了结 构优 化设 计 。 在 选 关键 词 ： 车 身 ； 限元 模 型 ； 敏 度 ； 化设 计 白 有 灵 优
ｒ ｍｅ ｅ ｏ ｔｎ ｔ ｒ ｕ ｈ ｃ ｃ ｌ ｔ ｎ， ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｄ ｈ ｐ ， ｅ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ａ ｙ ｉ ｔ ｄ ｅ ． ｉ ａｌ ａ ｔｒｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｇ ａ ｕ ａｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｍｏ ａ ｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｓｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｕ ｉ Ｆ ｎ ｌ ｓ ｅ ｌ ｏ ｈ ｅ ｌ ｈ ｉ ｙｎ ｓｓ ｄ ｙ， ｈ ｐ ｍｉａ ｏ ｎ ｓｓ ｆｔｉ ｄ ｌ ｆ ｍｅ ｔ ｅ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｏ ｈ ｓｍｏ ｅ ｓｐ ｒ ｒ ｄ ． ｉ ｉ ｌ ｉｅ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ＢＩ ； ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔ ； ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｗ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ； ｓｔ ｉ ｏ ｔ ｅ ｉ ｙ ｍｉａ ｏ ｉ
基于灵敏度分析的白车身的优化设计
Internal Combustion Engine &Parts0引言近年来随着人们生活水平的不断提升，对于汽车的强度、使用寿命以及乘坐安全性等指标也都提出了更高的要求。
而汽车的白车身模态参数对上述指标都有着非常重要的影响，这也就需要相关的汽车开发人员能够加强对汽车白车身模态参数的灵敏度分析处理，并且需要通过对结构参数以及结构设计进行调整与优化的模式，来起到良好的汽车设计效果。
1仿真分析与验证1.1进行有限元模型的构建在本次研究中车身为钣金结构，主要结构由前围、地板、侧围以及顶盖四个部分构成，各个零件之间也多是通过点焊方式来进行连接装配。
在进行车身有限元模型的构建过程中，需要具备有足够的准确性，对于实际结构的主要力学特性也需要进行充分的反映，只有这样才能够保障其计算结果的精度。
因此在进行板件的网格划分之前，首先需要进行几何结构的处理，阐述一些对整体性能影响不大的小部件，并可以直接忽略半径小于5mm 的孔。
但是在具体处理过程中，要求白车身自身质量跟实际质量的误差能够控制在3%以内。
此外在进行有限元模型构建过程中，对于一些网格单元数目比较多的白车身，还需要应用精度更高的计算机软件，借此来取得良好的治疗效果。
在本次研究之中所选取的仿真分析网格单元长度控制在5mm 以上，长宽比例1:5，三角形中各内角均大于30°小于120°，单元翘曲度控制在15°以下，弹性模量则控制在2.1×105MPa 以上。
在结合了上述要求的基础上，采取板壳单元对该模型的所有零部件进行了离散处理，并尽量选取四边形板壳单元来进行模拟，从而取得良好的有限元模型构建效果。
1.2模态分析在本次研究中主要通过Radioss 求解器来进行白车身的自由模态计算工作，具体的计算模型图如图1所示。
在汽车的正常行驶过程中，因为车轮不平衡所导致的激励频率多控制在11Hz 之下，但是不会引起白车身出现共振情况，因此可以直接进行忽视。
石朝亮_基于HyperWorks白车身灵敏度分析及结构优化
式中，X=x1，x2，...，xn 是设计变量， f ( X ) 是目标函数， g ( X ) 是不等式约束函数， h( X ) 是等式约束函数，上角标 L 指 Lower Limit，即下限，上角标 U 指 Upper Limit，即上限。
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Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
2 优化分析理论
灵敏度分析与计算是结构优化设计中时常面临的问题。灵敏度作为导数信息,反映出结构 设计变量或参数的改变对目标或约束函数的影响程度,利用它可以确定最优解的搜索方向,建立 近似方程或构造优化迭代计算公式以及进行结构设计修改。 对于有限元方程 两边对设计变量 X 求偏导数：
5 结论
（1）通过优化，实现材料在车身上的重新分布，在扭转刚度和一阶扭转模态略有提高的 情况下白车身实现减重 5.8kg； （2）结构优化设计可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案，尤其在设计 早期，可以得到更好的设计基础和更短的设计周期； （3）通过灵敏度分析，可以避免结构修改的盲目性，找出对结构性能影响较大的结构参 数作为优化的设计变量，对应提高结构性能具有十分重要的意义。 （4）有限元方法在结构设计方面占有很重要的位置，并应该贯穿整个设计和制造的全过 程，将有限元方法应用于汽车白车身开发是缩短新型车开发周期、降低产品成本、提高汽车品 质的必由之路。
KU P
式中，K 是刚度矩阵；U 是单元节点位移矢量；P 是单元节点载荷矢量。
K U P U K X X X
则
U P K U K 1 X X X
一般，结构相应（如约束函数 g）可以描述为位移矢量 U 的函数：
g QTU
汽车白车身模态分析及结构优化
车辆工程技术56 车辆技术 伴随现代科技快速进步，汽车制造厂商也在日益提升生产能力，相应的汽车结构设计也备受重视。
在汽车设计中，白车身的质量至关重要，与整车质量直接相关。
而伴随先进计算机技术的广泛普及和快速发展，在白车身结构设计中，也越来越多地用到计算机辅助技术。
尤其是模态分析法，可以促进白车身结构设计的优化及汽车产品质量的进一步提升，值得加以分析探讨。
1 模态分析 （1）重要作用。
通过模态分析，可以得出白车身的实际一阶频率，再与发动机怠速条件下的激励频率比较，便能判断结构的共振问题，以防增大车身振动或噪声，并且供结构优化参考。
最后，利用试验中尚未模态分析对比验证，还能深入分析白车身优化模型的可信度。
在本文中，已经固定了车型外形、材料等，所以考虑通过优化厚度，来模态优化白车身结构。
针对白车身，采用一阶模态频率，来分析车身零部件质量灵敏度及板厚的模态，以及板厚、结构一阶频率、灵敏度模态间存在的关系，并得出结构优化中涉及的零部件，再通过一定的算法，来优化白车身模态。
（2）分析研究过程。
通过分析灵敏度，能针对某部位，得出最有效的结构修改方法，并且初步估计出，期望动态改变所要修正的区域。
根据灵敏度理论，算出白车身结构模态分析下，固有一阶频率与汽车质量在零部件板厚上的灵敏度结果。
据以上灵敏度分析显示，通过强化后门框，能最明显地增大结构的固有一阶频率，而通过强化后裙板，也可以得到明显增大的效果，并且外板的效果优于内板。
而分析结果还显示，通过加强后门框支柱的板件，却会影响固有一阶频率的改善。
这样的板件主要包含顶棚、后翼子板、后侧围板等。
通过进一步分析，得出了一阶模态下的正负灵敏度板件分别图。
此外，通过更改不同板件厚带给车身质量的具体影响，也通过模态分析得出。
因为要顾及对白车身适当轻量化的要求，所以为了增大固有一阶频率，不可直接强化对增大固有一阶频率贡献最大的结构板件，而应注意与其质量灵敏度相结合，也适当修改贡献不大的板件，以此来通过增大固有一阶频率来达到白车身质量上的要求。
白车身模态灵敏度分析及减重优化
白车身模态灵敏度分析及减重优化作者：钱平包键李建新来源：《汽车科技》2016年第01期摘要：基于白车身有限元模型，分析了白车身的自由模态，得到了一阶弯扭模态；研究各钣金件厚度对弯扭模态的贡献量，找出了影响较大的钣金件。
根据分析结果确定了优化方案，在保证弯扭模态不降低的情况下减重26.4 kg，为车身的轻量化设计提供明确的方向。
关键词：白车身；灵敏度分析；一阶弯扭模态；轻量化中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）01-0026-03Abstract： Base on a MPV， the finite element model of the BIW is established， the first order torsion and bend mode is got through the free modal analysis of the BIW； The contribution of the shell to the first order torsion and bend mode is studied， and the more important component was found. The solution was found base on the results， the weight of BIW has been reduced 26.4 kg，offering a certain direction to the light weight design of BIW.Key Words： BIW； Sensitivity Analysis； First order torsion and bend； light weight随着汽车工业的发展，人们对车辆的经济性和舒适性的要求越来越高，作为汽车性能开发的重要指标，车身结构模态以及白车身质量的优化具有具有重要意义[1]。
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。
轿车白车身动态特征灵敏度分析及优化设计
是十 分必要 的 。本 Biblioteka 建立 了 国产某轿 车 白车身有 限
和模 态振 型 ， 该计 算 结果 与 该 车车 身试 验 模 态分 析 结果 基 本 吻 合 （ １ ， 一 阶扭 转 振 型 与 一 阶弯 曲 表 ）其
基于DOE的汽车白车身结构优化
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于DOE的汽车白车身结构优化荣升格 周俊锋 施帆君 胡骏奇瑞新能源汽车股份有限公司 安徽省芜湖市 241000摘 要： 汽车行业是我国国民经济的重要支柱产业之一，同时也是一个国家安全的关键因素。
随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的保有量也在不断增加，人们对汽车的要求越来越高，因此，对车身的设计提出了更高的标准和更高的质量需求。
而DOE及轻量化在质量控制的整个过程中扮演了非常重要的角色，它是产品质量提高，工艺流程改善的重要保证。
关键词：DOE 汽车 白车身 结构优化1 引言目前，国内大多数的汽车生产企业都在采用以HBS(SUV)为核心的技术来满足用户的不同需要，但由于车身的结构形式的多样性，以及其性能的差异性，使得其在实际使用过程中存在着许多的问题与缺陷。
本文针对以上的现状进行研究，并结合国内外的相关理论，通过查阅大量的文献资料，分析出适合于白车身结构优化的方法。
2 研究综述2.1 研究背景随着汽车行业的发展和人们对汽车的需求量越来越大，汽车保有量的增长速度也在不断的加快中。
由于汽车的普及和道路建设的完善，以及城市交通的日益拥挤，导致交通事故的发生频率也在增加。
据有关部门的数据显示，我国每年因车祸造成的人员伤亡人数较多，并且死亡率高达30%。
因此，如何提高公路的使用效率，降低事故的发生率成为了社会的热点问题。
2.2 研究意义目前，国内大多数的汽车厂都采用的是传统的车身结构，即底盘的布置方式，这种设计的弊端就是容易使驾驶员产生疲劳感，从而影响到乘客的舒适度。
为了解决这个弊端，国内外许多的厂家开始着手改善车身的外形、色彩、发动机的运行性能等方面的优化工作。
对于白车身的改进，就需要对白车身进行优化，通过改变零部件的尺寸来达到减少碰撞的目的；同时，还可以根据不同的行驶环境来调整车型的大小与位置，以满足更多的人出行的要求；最后，还能够提升整车的安全系数，保证其具有良好的燃油经济性[1]。
轿车白车身结构的相对灵敏度分析
轿车白车身结构的相对灵敏度分析3陈国定,武力(西北工业大学机电学院,陕西西安 710072)摘要:针对白车身力学性能优化的具体问题,在常规优化灵敏度分析的基础上,提出了相对灵敏度的概念。
通过考虑设计变量对车身性能影响的相对灵敏程度,以选择更具效率和合理的设计变量进行优化设计。
研究结果表明,在优化设计中计入相对灵敏度的作用,可以在车身总质量基本不变的情况下,一定程度上提高了车身扭转刚度和一阶弯曲频率,使车身整体性能更加匹配,优化效果明显。
对解决多目标优化设计中存在的优化目标冲突问题亦有参考价值。
关键词:白车身;优化设计;相对灵敏度中图分类号:U463.82 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2007)04-0022-03 保证车身强度条件下的轿车车身轻量化是轿车设计中的追求,也是汽车工业的重要研究领域。
作为一种复杂的结构系统,轿车车身的轻量化设计可以通过结构优化分析加以实现。
为避免车身结构优化中结构修改的盲目性,提高设计效率,减少设计成本,车身结构优化的灵敏度分析是有效的手段。
通过灵敏度分析,获得车身不同构件对车身各性能指标的敏感程度和对整车性能指标的贡献度,可以提高优化设计的准确性与高效性,取得良好的优化效果。
以往的灵敏度分析是寻求对某个性能指标的提高贡献大的设计变量,但对于轿车车身这种结构相对复杂的系统来讲,一个设计变量的变化会对车身的多个性能有趋势迥异的影响,因此,在优化灵敏度分析中考虑这种影响对高效优化设计是十分必要的。
针对轿车白车身的优化灵敏度分析,提出了相对灵敏度的概念以考虑上述影响,并以影响车身性能的承载式车身的弯曲刚度和扭转刚度等力学性能为对象,讨论了在车身优化设计中引入相对灵敏度概念的重要性和优化的成效。
1 结构优化的灵敏度有限元分析在大多数优化问题中,优化模型所使用的参数值是一些估计量,或是根据长期工程实际设计积累的经验数据,或是决定于政策因素而设定,这些估计量正确与否,需要通过其取得的效果加以审查。
白车身基于灵敏度分析减重优化技术
2020年4月机电技术白车身基于灵敏度分析减重优化技术许苘（东南（福建）汽车工业有限公司，福建福州350119）摘要：建立某SUV 车型白车身的有限元模型并分析计算车身刚度及其模态，在此基础上分析板厚对对白车身弯扭组合工况的灵敏度，找出影响车身结构特性的关键结构，对板厚进行优化分析，实现车身轻量化设计。
优化结果显示：通过车身刚度灵敏度分析及其板厚优化，可实现车身的减重优化，为车身的优化设计提供参考。
关键词：白车身；灵敏度分析；弯扭刚度；优化中图分类号：U463.82文献标识码：A文章编号：1672-4801（2020）02-070-03DOI:10.19508/ki.1672-4801.2020.02.020作者简介：许苘（1975—），男，高级工程师，从事汽车整车设计及整车性能控制研究。
汽车轻量化已成为国家发展战略中的一个重要的方面，是实现节能、环保的重要途径[1]。
汽车的车身轻量化技术有利于乘用车节能减排，同时还能提高其动力性、燃油经济性，降低生产成本。
随着国家节能战略的推进，汽车轻量化技术将越发变得重要。
因此，车身设计时除了满足车身刚度、模态、安全等性能要求外，如何减轻车身重量也成为重要开发目标。
汽车轻量化实现手段主要有3种：基于灵敏度分析、拓扑优化以及多学科优化的轻量化设计技术；材料轻量化技术；制造轻量化技术[2]。
目前，汽车企业在产品研发过程中采用较多的是结构灵敏度分析方法。
其基本思路就是先建立有限元模型，通过分析车身结构设计参数对车身结构性能参数（刚度、模态等）响应的变化规律，得到灵敏度结果，从而定义设计空间，对结构的板厚进行优化，最后得到满足性能要求的减重优化方案，并针对其设计缺陷提出优化改进措施。
本文以某SUV 车型为例，进行板厚灵敏度分析，提出了一种基于板厚的减重优化方法，得到减重优化方案。
1白车身刚度分析1.1白车身模型建立本文某SUV 车型白车身有限元模型如图1所示，车身模型未包含IP 横梁和前保险杆及其附近相连件。
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性可由式(1)确定[ 7] ·
(K -ω2 M)δ=0 ·
(1)
式中 :M 和 K 分别为系统的质量和刚度矩阵 ;δ
为模态向量 ;ω为固有频率 , 根据灵敏度定义 , 对
设计变量 xi 求偏导 , 得
K xi
δ+K
δxi
ωx2i Mδ-ω2
M δxi
ω2 M
δ xi
=0
·
(2)
将式(2)左乘 δT , 由于 K 为对称矩阵 , 整理可得
图 4 纵梁上 Z 方向最大变 形对板厚的灵敏度 Fig .4 Sensitivity of maximum deformation to
sheet thickness
根据车身的静刚度灵敏度可以合理地调整车 身的刚度分配 , 以满足汽车安全性和可靠性要求 , 保证前后轴间的刚度最大 , 从而初步达到合理的 刚度设计要求·
Structure Sensitivity Analysis and Optimized Design of a Certain White Bodywork
Y ANG Y ing , Z HAO Guang-yao , MENG Fan-l iang
(School of M echanical Engineering & Automatio n, N ortheastern U niversity , Shenyang 110004, China . Correspondent :YA NG Ying , associate pro fesso r , E-mail:y angying sy @ 163 .com)
频率对板厚的灵敏度·以各阶固有频率为约束函 数 , 计算出白车身各部件的第一 、第二和第三阶固
有频率对板厚的灵敏度·板厚变化对前三阶固有 频率影 响较大的部 件号是 :8 , 10 , 14 , 15 , 18 , 24 ,
25 , 27 , 35 和 36 , 部件名 称见表 1 , 其 中 , 部件 24
量的灵敏度关系式为
f xi
=
1 8π2
f
δT
K xi
δ-
f 2
δT
M xi
δ·
(5)
2 .2 固有频率对壳单元厚度参数的灵敏度
由有限元壳单元理论可知 , 平板薄壳单元的
刚度由平面刚度和弯曲刚度组成 , 在小变形情况
下 , 薄壳单元的刚度矩阵是平面刚度矩阵和弯曲 刚度矩阵的叠加[ 8] , 整理式(5), 即得出结构的固
2.0 25 后窗台上板
8 C 柱外板
1.4 27 后窗台侧板
10 顶盖
1.0 28 门槛内板
14 顶盖纵粱
1.3 32 散热器下横梁
5 后围内板
1.0 33 散热器上横梁
18 后轮罩
1.0 35 头灯安装板
20 后减震器座 1.6 36 尾灯安装板
板厚
mm
1 .0 1 .0 1 .0 1 .2 1 .3 1 .5 0 .8 1 .0
率增大 , 而第三阶固有频率几乎保持不变·
图 2 固有频率 对板厚的灵敏度 Fig.2 Sensitivity of natural frequency to sheet thickness
第 8 期 杨 英等 :某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计
11 61
在车身的结构设计中 , 不能盲目地通过增加 部件的厚度来提高车身的固有频率 , 应进行灵敏 度分析 , 合理搭配设计参数·
响 , 即可以得出静态扭转刚度对板厚的灵敏度 , 结
果如图 3 所示·
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
于部件板厚的 灵敏度·在 MSC .Nast ran 软件中 , 可将节点 Node76366 的位移设置为约束函数 , 计 算 Node76366 的位移对于各部件板厚的灵敏度 , 结果如图 4 所示·增加板厚可以使车身整体弯曲 刚度增加 , 也可以使其几乎不变 , 甚至可能降低· 部件 20 , 18 和 28 对车身的弯曲刚度影响较大·
ρ为材料密度 ;A e 为单元表面积 ;m 为厚度是 h
的壳单元的个数 ;δe 是对应厚度为 h 的单元 e 的
分量组成的特征向量·
2 .3 固有频率对板厚的灵敏度分析
选取白车身各部件的板厚为设计参数 , 进行
固有频 率对板厚的灵敏 度分析·采用 MSC . Nast ran 软件 的 M SC .Pat ran 模 块分析车 身固有
用一阶差分 计算节点 位移对壳 单元厚度 h
的灵敏度 :
δh = ΔΔhδ= δ(h +ΔΔhh)-δ(h)· (8)
选取白车身各零部件的板厚为设计参数 , 进
行车身扭转刚度和弯曲刚度对板厚的灵敏度分析· 3 .1 扭转刚度对板厚的灵敏度
通过改变各个部件的板厚参数 , 运用式(8)来
计算部件板厚的微小 变化对静态扭 转刚度的影
某轿车白车身结构如图 1 所示 , 部分部件名
收稿日期 :2007-09-01 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(10402008)· 作者简介 :杨 英(1962 -), 女 , 辽宁台安人 , 东北大学副教授·
1 160
东北大学学报(自然科学版) 第 29 卷
称和板厚如表 1 所示·
ωx2i δT Mδ= δT
K xi
δ-ω2
δT
M xi
δ+(K
δ-
ω2 Mδ)T
δ xi ·
(3)
由式(1)可知(K δ-ω2 Mδ)T =0 , 式(3)简化为
ω2 xi
=
δT
K xi
δ-
ω2 δT
δT Mδ
M xi
δ
·
(4)
将振型向量对质量矩阵做归一化处理 , 并对式(4)
简化 , 且 ω=2πf , 得到系统的固有频率对设计变
第29 卷第8期 2008 年 8 月
东 北 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Journal of Nort heastern University(Natural Science)
Vol.29 , No .8 Aug .2 0 0 8
某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计
杨 英 , 赵广耀 , 孟凡亮
(东北大学 机械工程与自动化学院 , 辽宁 沈阳 110004)
摘 要 :以某轿车白车身为研究对象 , 建立有限元 模型 , 对车身进行 动 、静 态灵敏度分 析 , 以 车身结构 件 的板 厚为设计变量 , 进行车身固有频率 、车身扭转和弯曲刚 度 , 以及 车身质量 对板厚的灵 敏度分析 , 找出对 车 身动 、静态特性影响较大的部件 , 并根据部件的动 、静态 灵敏度对车 身结构进 行优化设计 ;计算 车身质量对 其 固有频率 、扭转和弯曲刚度的贡献率 , 据此确定最优方案·该方法 能够为车身 结构动态 特性的改进 、车身 的轻 量化和车身结构的优化设计提供重要依据· 关 键 词 :白车身 ;有限元 ;灵敏度分析 ;优化设计 ;车身结构 中图分类号 :U 270 文献标识 码 :A 文章编号 :1005-3026(2008)08-1159-05
3 车身结构静态灵敏度分析
车身静态灵敏度主要指静态扭转刚度及弯曲
刚度对设计参数的灵敏度 , 包括车身刚度对板厚
和材料的灵敏度 , 以及车身质量对板厚的灵敏度· 车身结构的平衡方程为[ 9]
Kδ= F ·
(7)
式中 :K 为整体刚度矩阵 ;F 为整体载荷向量 ;δ
为结构的节点位移矢量·采用波前法求解方程组 , 即可求出结构的节点位移·
本文针对某具体轿车白车身进行分析简化 , 建立 其有限元 模型 :单元数 171 697 个 , 焊点数 4 781个·通过选择合适的有 限元单元 , 对车身结 构进行数学离散 , 赋予车身结构合适的材料属性 : 弹 性 模 量 210 GPa , 泊 松 比 0.28 , 质 量 密 度 7 830 kg/ m3·
str uctu re
随着计算机技术的发展和仿真技术 、有限元
分析技术的提高 , 各种计算机辅助设计分析软件 为汽车设计提供了一个工具平台[ 1-3] , 极大地方
便了汽车的设计·车身是汽车最重要的组成部分 之一 , 直接影响汽车的整车性能·本文以某轿车白 车身为研究对 象 , 在 HyperM esh 软件环 境下 , 建 立白车身有限元模型 , 用 MSC .Nastran 软件对车
和 25 的厚度变化对固有频率影响最大 , 见图 2· 可见 , 当增加侧围板 24 的厚度时 , 前三阶固有频
率均增大 , 并可明显提高第三阶固有频率 ;当增加
后窗台上板 25 的厚度时 , 第一和第二阶固有频率
略有增大 , 而第三阶固有频率却大幅降低 ;当增加 部件顶盖纵梁 14 的厚度时 , 第一和第二阶固有频
图 1 白车身结构示意图 Fig.1 Schematic of bodywork' s structure
表 1 白车身部分部件名称和厚度 Table 1 Parts and their thicknesses
部件 号
名 称
板厚 mm
部件 号
名 称
2 前地板
1.2 24 侧围外板
3 后地板
有频率对壳单元厚度参数的灵敏度计算公式 :
∑ f
h
=
m
δTe
1 8π2
f
(EK
e pc
+3 E h
2
K
ebc)-
f 6
ρA
e
M
e c
δe ·
(6)
式中 :f 为系统的固有频率 ;E 为材料弹性模量 ;
h
为单元厚度
;K epc和
K
e b
c为刚度矩