白车身弯曲刚度分析报告
白车身结构弯曲静刚度有限元与试验分析
（ ２ ）
１ 白车身弯 曲刚度理论模型
对 于 白车 身 ， 为 了模 拟 轿 车 在行 驶 过 程 中 的
轿 车轴距 ， ｍｍ；
真实加载变形状态 ， 相关 的约束载荷施加在前后 悬 的安装孔 上。测试静刚度 时 ， 必须保证约束装 置 的刚度不影 响白车身 自身 的刚度 ； 且 白车身受 载后 ， 约束装置不能影响 白车身在空 间上 的 自由
现在 许 多现 有 的轿 车 白车身 试验 都 假定 车身
整体是一具有弯曲刚度 的简支梁 ， 但是 由于在实
际受 载 中 白车 身在 空 间上 存 在 自由 的伸 缩 变形 ，
法： １ ） 在座 椅 固定处 加 载荷 ； ２ ） 在左 右 车 门门槛 上
所 以采用图 １ 所示 的约束方案 ， 在梁上施加力 Ｆ 。 按照材料力学的公式计算 ， 此时 白车的弯 曲 刚度用车身载荷 （ ，） 与最大弯曲挠度（ ） 的比 值来求 ， 即： 弯曲刚度 Ｋ ｂ ＝ Ｆ ／ ｔ ｏ 。 弯曲刚度计算公式如下 ：
４０ ０ ｍ ｍＸ ４０ ０ ｍｍ。
根据 空间 自由度计算 公式 进 行计算 ， 可得 ：
三
Ｓ ＝ ６ ｎ 一 ‘ ∑（ ｉ Ｐ ． Ｉ ） 一 ５ Ｉ ＋ Ｌ ｓ ｖ
ｉ ＝ｌ
（ ３ ）
式 中： ｓ为空 间机 构 的 自由度 ， ｎ为活 动构 件 的数 量， Ｐ 为分 别 对 应 各类 的运 动 副数 量 ， ５ 代 表 虚 约束 ， Ｓ ， ． 代表 局部 自由度 的数 量 。 分 析 可得 ： ： ３ ， Ｐ ＝ ５ ， Ｐ ， ＝ｌ 。此 外 支撑 和 支撑 绕 自己轴线 的转 动 为局 部 自由度 Ｓ ， ， ＝ ２， 而
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
白车身弯曲刚度分析规范(参考Word)
1、范围本标准规定了乘用车弯曲刚度分析的要求；本标准适用于本公司乘用车白车身弯曲刚度分析。
2、输入条件2.1 BIW 几何模型数据要求如下：1）模型完整，数据无明显的穿透或干涉；2）各个零件的厚度齐全；3）几何焊点数据齐全；4）各个零件的明细表完整齐全。
2.2 BIW有限元模型1）各个零件网格模型完整，数据中无穿透；2）焊点数据齐全；3）各个零件厚度数据齐全；4）各个零件材料数据齐全。
3、输出物BIW刚度分析输出物为PDF文档格式的分析报告，正对不同车型统一命名为《XX车型BIW 刚度CAE分析报告》4、分析方法4.1 分析模型分析模型包括BIW有限元模型，钣金件均采用壳单元模拟，点焊采用CWELD单元模拟，线焊和螺栓连接采用RBE2模拟，减震胶采用SOLID模拟。
4.2分析模型建立建立有限元模型，应符合以下要求：1）BIW网格质量符合求解器要求；2）BIW材料须与明细表规定的明细表相对应；3）BIW的厚度须与明细表规定的厚度相对应；4）焊点几何坐标须与3D焊点坐标一致，焊点连接的层数须明确，点焊采用CWELD模拟，线焊和螺栓采用RBE2模拟，减震胶采用SOLID模拟。
4.3刚度分析1）定义刚度分析约束条件2）定义防毒分析求解工况3）定义刚度分析载荷条件4）求解器设置4.4分析工况约束条件：在前后悬架与车身连接处，约束XYZ移动自由度；载荷条件：在前排左右座椅质心处各施加1000N的吹响李，后排座椅质心处施加2000N的垂向力。
5分析数据处理5.1在车身纵梁下部和门槛梁下部分布了一系列考核点，通过考核点的X坐标值和Z向变形量绘制弯曲刚度曲线。
5.2绘制白车身弯曲刚度变形曲线5.3刚度计算刚度计算公式k=F/δ（F为加载力，δ为位移）。
5.4刚度云图6 BIW弯曲刚度分析评价标准1）弯曲变形曲线要求计算的弯曲变形曲线应连续变化，无突变。
2）各车型弯曲刚度要求按照车型级别分类，同时参靠标杆车。
包括：A级车弯曲刚度不小于10000N/mm；B、C级车弯曲刚度不小于14000 N/mm。
SAE-C2009C168白车身静刚度分析
1郾 25m, 所以 该 车 的 最 大 扭 转 载 荷 为 M = 0郾 5 伊 1025 伊 9郾 8 伊
1郾 565N·m = 7835N·m。
摇 摇 采取逐步加载的方式进行加载, 得到相应转矩下该车的
转角和扭转刚度见表 3。
表 3摇 各载荷工况下轴间扭转角和抗扭刚度
转矩 / N·m
转角 / ( 忆)
1562
SAE鄄C2009C168
2009 中国汽车工程学会年会论文集摇
白车身静刚度分析
张雷摇 陶其铭摇 丁锡幸
安徽江淮汽车股份有限公司技术中心
摇 摇 揖 摘要铱 摇 本文采用 UG 和 ANSYS 软件建立了某国产中高级轿车白车身有限元模型, 通过对其刚度的分析和对国内外同 级别的车型进行比较来判断该轿车的刚度情况。 针对分析结果和相关车型的比较后对该车刚度情况做了一定的分析, 通过相 关实验进行验证, 为后续相关的优化和改进提供了依据。 摇 摇 揖 关键词铱 摇 轿车摇 白车身摇 ANSYS摇 刚度分析
1564
SAE鄄C2009C168
2009 中国汽车工程学会年会论文集摇
源的限制, 单元的基本大小要有一定的限度。 本文将车身结 性, 而单元的质量是模型质量的有力保证。 本文网格划分采
构单元的基本尺寸定为 25mm, 对于比较平整的部位单元尺 取手动控制的划分方法, 即控制单元长度, 进行整体划分,
图 4摇 整车焊点情况
2郾 2摇 单元的选取及单元特性
摇 摇 本文选用 ANSYS 提供的三维板单元 Shell63。 Shell63 既 具有弯曲能力又具有膜力, 可以承受平面内载荷和法向载 荷。 本单元每个节点具有 6 个自由度, 即: 沿节点坐标系 X、 Y、 Z 方向的平动和绕节点坐标系 X、 Y、 Z 轴的转动。 应力刚化和大变形能力已经考虑在其中。 在大变形分析( 有 限转动)中可以采用不变的切向刚度矩阵[3] 。 三维板壳单元 示意图如图 5 所示。
白车身弯曲刚度分析报告
编号：QQ-PD-PK-066白车身弯曲刚度分析报告项目名称：QQ458321486编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：XX汽车有限公司2013年03月目录1分析目的 (1)2使用软件说明 (1)3有限元模型建立 (1)4白车身弯曲刚度分析边界条件 (1)5分析结果 (3)6结论 (10)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白车身为分析对象，利用有限元法，对其进行了弯曲刚度分析。
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于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可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，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，焊点采用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%。
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。
轿车白车身静刚度分析_夏国林
图５ 轿车白车身扭转刚度扭转角计算值结果图
３．３ 弯曲刚度计算 车身结构的弯曲刚度计算模型的边界条件处理
关键问题是边界条件的处理。本文通过在车身的前、 后悬架安装处利用ＭＰＣ１８４单元建立塔形支撑， 约束 后塔形塔尖处的６个自由度及前塔形两塔尖中点处的 ６个自由度， 在前塔形两塔尖处施加大小相等方向相 反的竖直方向的集中力， 如图３所示。白车身的扭转变 形图如图４所示。由图可以得到前部两塔尖处的变形 分别为±３．９７６ ６ ｍｍ， 由式（ ２） 可以求出车身的扭转角 度 为 ０．３６７°， 其 中 Ｕ１ ＝３．９７６ｍｍ， Ｕ２＝－ ３．９７６ ｍｍ， Ｂ＝ ６２０×２ ｍｍ 。由式（ １） 可以求出在５ ４００ Ｎ·ｍ的扭转工 况下， 该模型的扭转刚度为１４ ７１４．３ Ｎ·ｍ／ｄｅｇ。
图３ 扭转刚度分析模型的边界条件
（ ａ）
（ ｂ）
图４ 白车身扭转刚度变形图
最 大 扭 转 载 荷 根 据 下 式 确 定 ［ ５］ ：
Ｍ＝０．５×前 轴 最 大 负 荷 ×轮 距
本 文 所 研 究 的 样 车 前 轴 最 大 负 荷 为 １ ０２５
ｋｇ， 轮 距 为 １．２５ ｍ， 所 以 该 车 的 最 大 扭 转 载 荷 Ｍ＝
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ［ Ｊ］ ．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ，
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｇｒａｐｈ； ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｏｒｔ； ａｓｓｅｍｂｌｙ ｓｅｑｕｅｎｃｅ
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
轿车白车身弯扭静刚度试验方法研究
10.16638/ki.1671-7988.2021.09.033轿车白车身弯扭静刚度试验方法研究王多华（重庆车辆检测研究院有限公司，重庆404100）摘要：随着汽车人均保有量的增加，人们对汽车舒适性的要求越来越高，轿车车身刚度是影响整车舒适性的重要指标之一，同时它还影响汽车的安全性能。
在汽车车身开发阶段，各大车企都会测试自己所开发车型的白车身刚度情况。
文章主要分析了白车身弯扭刚度试验结果影响因素以及各试验方法的差异性，为后续的车身开发者提供一点思路与建议。
关键词：白车身；弯扭刚度中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)09-117-03Research on Test Method of Bending Torsional Static Stiffness of Car Body in WhiteWang Duohua（Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co., Ltd., Chongqing 404100）Abstract: With the increase of car ownership per capita, people have higher and higher requirements for vehicle comfort. Car body stiffness is one of the important indicators affecting the comfort of the vehicle, and it also affects the safety performance of the car. In the stage of auto body development, all major car companies will test the stiffness of their developed models in BIW. This paper mainly analyzes the influence factors of BIW bending and torsion stiffness test results and the differences of various test methods, and provides some ideas and suggestions for the follow-up body developers.Keywords: BIW; Bending and torsion stiffnessCLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)09-117-031 引言轿车在不平路面行驶或高速行驶时，时刻承受着弯曲、扭转、空气阻力等多方面作用力，若是汽车自身刚度不够，或刚度分布不合理，就很有可能出现车身整体或局部变形过大，严重影响乘员乘坐舒适性和安全性的情况。
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。
实验 白车身弯扭刚度测试
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
导出实验报告
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
保存
汽车车身结构与设计
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
选择弯曲刚度/扭转刚度
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
进入系统，点击左上方的型号管理，进入子模块，见下图。
汽车车身结试
添加型号
汽车车身结构与设计
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
根据实际参数填写
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
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。
汽车车身结构与设计
系统工作原理示意图
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
弯曲刚度测试
汽车车身结构与设计
扭转刚度测试
实验 汽车车身静态弯曲扭转刚度测试
• 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。
轿车车身静态刚度计算及静态竖直弯曲刚度优化分析
02(, ! $ 弯曲刚度和弯曲最大挠度的计算值与试验
值偏差几乎为零 ! 因此 " 认为模拟计算的模型是准确 的 "可以用于进一步的分析 !
"
结构修改灵敏度分析
在结构优化设计中 " 需要知道结构性能指标对
,(" %$* - +)&<
"$* "+)
现代的设计分析软件引入了灵敏度分析的功能 模块 " 使得灵敏度的计算分析成为方便有效的结构 分析方法 ! #$%&% 的灵敏度分析被安排在优化模块
(
!
轿车车身静态特性的计算及试验
采用 !" 软件建立有限元模型 " 使用 #$%&% 软
件进行模拟计算 ! 主要步骤有 #在三维实体模型的基 础上 " 采用 ’ 结点或 ( 结点空间板壳单元 %)*++,( 进 行有限元网格的划分 " 将车身离散划分为 - ../ 个 结点 "/ 0// 个单元 $ 确定单元的材料特性和常数 $ 给 定边界条件和载荷工况 $计算 $优化分析 ! 计算时采用的边界条件和载荷 工 况 % 图 .& 为 # 计算扭转刚度时 " 参照试验情况 "边界条件是约束后 悬架固定座支撑点的所有自由度 $ 载荷条件是在左 右前轮罩悬架弹簧支座支撑点处施加大小相等 ’ 方 向相反的铅垂力 - ,1- $ " 相当于施加扭矩 , 1-(2( $ 3 ! 计算弯曲刚度时 " 参照试验情况 " 边界条件是 约束前 ’ 后悬架固定座支撑点的所有自由度 $载荷条 件是在座椅固定处左右对称施加向下的力 " 大小总 和为 / 0(02’ $ !
k01白车身刚度分析报告减重20151027
K01设计开发项目白车身刚度分析报告（☑初版/□更改）重庆迪科汽车研究有限公司二〇一五年十月1.数据记录✧初始模型白车身（BIW）✧更改情况无2.分析内容（1）白车身弯曲刚度分析（2）白车身扭转刚度分析3.模型简述✧使用软件前处理：Hypermesh；求解器：Radioss✧建模过程网格划分白车身结构可分为五个总成：顶盖、地板、侧围、后围和前围，依次对各总成进行有限元模型的建立，再将其焊接为一整体。
建立白车身有限元模型的步骤包括几何模型分析、几何清理、模型简化、网格划分、单元质量检查、设置材料和单元属性、各部件焊接等。
由于白车身主要是由大的钢板覆盖件组成，其厚度尺寸远远小于其他尺寸，故白车身网格选用PSHELL的壳单元形式。
采用各总成逐个划分、连接，再总装的方式进行整车的有限元建模。
据工程实践和硬件条件，选取有限元网格的大小为8mm。
根据前面所述的几何清理原则，选用8mm的壳单元网格对各总成进行离散化，建立各总成对应的有限元模型如图3.1——图3.5所示：图3.1 车顶总成的有限元模型图3.2侧围总成的有限元模型图3.3后围总成有限元模型图3.4地板的几何及有限元模型图3.5前围的几何及有限元模型白车身各部件连接白车身大部分零部件是薄板冲压件，各零部件之间主要是通过焊接工艺实现连接，本次运用了点焊、缝焊等。
根据所提供的焊点图，在Hypermesh中通过运用spot-weld单元来把各板件焊点位置的节点连接起来，以此来模拟实际的焊点。
焊点材料选用08AL，焊点直径为7mm。
焊接完成后，焊点周围单元的质量可能会变差，通常需要对这些单元进行重新划分。
有限元焊接结果如图3.6所示图3.6 有限元焊接效果图由于工艺和部件性能的要求，在顶盖与顶盖横梁处，运用了粘胶连接。
本次分析采用了软件的粘胶连接来实现这些有限元部件的连接，通过这样的处理能更好的模拟结构的实际性能。
有限元粘接效果如图3.7所示。
图3.7有限元粘胶连接效果图在前围总成中还采用了螺栓连接，这主要是一些不需永久连接、进行更换的部件。
白车身刚度实验报告060901
二、白车身静刚度试验1 白车身弯曲刚度试验1.1 测试仪器设备加载设备：千斤顶2只，力传感器2只，应变仪1台； 位移采集：Topcom GTS 801全站仪。
1.2 车身支承及加载方式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。
加载现场如图3、4所示。
4个支点的相对位置平面图如图5所示。
图1 前支点 图2 后支点图3 左侧加载 图4 右侧加载图5 支点相对位置示意图 图6测点分布平面图1.3 测点布置在车身前窗平台上选择两个镜像点作为位移测点1#、2#，在车身中柱上方顶部选择两个镜像点作为位移测量点3#、4#，平面图如图6所示，测点照片如图7、8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。
图7 1#、2#测点 图8 3#、4#测点1.4 弯曲试验实测原始数据3#、4#号测点实测垂向坐标值见表1。
表1. 测点垂向坐标实测原始数据1.5 弯曲刚度折算方法及结果车身结构基本对称，以等刚度等效简支梁的弯曲模拟车身的弯曲变形。
如图9所示，在力P 作用下，A 点的横向位移为：图9 车身弯曲等效简支梁()223A Pa L a x EIL-=其中，EI 为抗弯刚度。
在试验实测中， 1.45, 2.46a m L m ==，则车身等效抗弯刚度为：0.2906AP EI x = 将表1中的测点坐标平移，使零载荷时坐标为零，则力~位移曲线（P~x A ）如图10所示。
图10 弯曲状况力与位移曲线按3#测点计算的曲线平均斜率为：63 1.587710/APk N m x ==⨯。
按4#测点计算的曲线平均斜率为：64 1.649110/APk N m x ==⨯。
取上述两个斜率的平均值作为力~位移曲线斜率，则车身的平均等效抗弯刚度为：620.4710()EI Nm =⨯2 白车身扭转刚度试验2.1 试验仪器设备所用仪器设备与弯曲刚度试验的完全相同。
白车身刚度强度测定
i．选择前、后座椅中的4点加载。
试验对象载荷条件
(2)弯曲加载载荷 弯曲刚度测试的加载力值无通用做法，但加载力值中 一般要考虑发动机总成及附件、变速器总成、空调系 统、乘员质量、行李质量。 中央1点加载其弯曲载荷值可以取F=1．8 X乘员舱最 大荷重 或按1 000、2 000、3 000 N等梯级载荷加 载 。 按乘员载荷加载，以一定顺序和大小分别施加在发动 机舱、乘员舱、行李箱中，加载大小考虑如下方面。
(1)弯曲加载位置 在弯曲工况时，普通乘用车车身的弯曲刚度测量的加载位置通 常有中央1点加载和按乘员、载荷加载2种方式 。 中央1点加载易于获得普通乘用车车身的弯曲刚度值，在简化情 况下可假定车身整体是一根具有均匀弯曲刚度的简支梁，用中 央1点集中加载的方法求得前后轴间的弯曲刚度值。该点可以是 前后轴中点连线的中间点、自车身质心、前座椅后横梁支承点 连线的中点。普通乘用车车身弯曲刚度中央1点测量约束见图2。
白车身弯扭特性对普通乘用车的重要性
对车身NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能的影响
白车身弯扭特性对普通乘用车的重要性
车身是一个多自由度的弹性系统，在外界的激励作用下将 产生振动和无限多的固有振型，如果车身的整车刚度和局 部刚度不合适，将会产生共振，使人体不适应，还会带来 噪声和部件的疲劳损坏，破坏车身表面的保护层和车身的 密封性，从而削弱抗腐蚀性能。
对车身结构功能可靠性的影响
白车身弯扭特性对普通乘用车的重要性
普通乘用车车身刚度直接影响普通乘用车车身的 功能：整体刚度低，直接降低普通乘用车的承载 使用性能；局部刚度低，使车身局部变形增加， 降低局部安装能力：车身刚度低还会使窗口部分 变形增大，造成车门、车窗、发动机舱、行李舱 开关困难，还会降低防尘、防雨的密封性。
基于对标的商用白车身静态刚度试验与分析
定角度［ 。
（ ） 载 装 置 ２加
加载 装置 包括 千斤项 、 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 斤项对试 验 台前 臂施 加力 的作用 ， 白车身 产生 扭矩 ： 曲工况 对 弯 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 ， 过 支撑点 对其 产生 弯矩 。 通
试验 采用 分级加 载 ， 分 ５级 ， 转分 为左右 两 共 扭 侧 加载 ： 各进 行三 次重复 测量 ， 三 次测量取 平均 绘 按
制扭 转 变形 曲线及计 算车 身扭 转刚度 。图 ７ 图 ８给 、
出了左 、 右加 载测试 中左 右 门槛 梁 的变形量 。
３１ 对 标 分析 ． （） １ 扭转 工况
标 杆 车 弯 曲 刚 度 Ｎｍｍ ／ 扭转 刚度 ＮＩ。 Ｉ ｌ ／ ９９ ３ ５ ８３０ ６ 样 车 ７６ ３ １ ７ １６ １
式 中 ： 为 前轴荷 ｉ ５为前 轮距 。 加载 点 距 转轴 点距
离 为 ０８ ５Ｉ， 算成 加 载力 为 １ ４ ．９ 换 ｎ ４８ ７Ｎ。
（） 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
变形量 规 、 支架 、 静态应 变仪 、 关位移 测量 系统 。 相 车 身 变形量 通 过位 移传 感器 转 化 为 电阻 的 变化 量 ， 电 脑 通过 静态 应 变仪及 应变测 量 系统 ，测 出车 身对 应
如 感器距离 Ｏ 变形量绝对值 ； ｒ ｙ、 为前轴 、 ｙ 后轴左右传 加 ｍ 。
白车身弯曲刚度分析
白车身弯曲刚度分析规范前言本标准是为指导白车身的弯曲刚度分析而建立的，目的是通过其规范白车身弯曲刚度分析流程，并提高分析的一致性。
本规范是在过往分析应用的基础上总结形成。
本标准在内容和格式的编排上，符合产品开发体系版式标准的要求。
白车身弯曲刚度分析规范1 范围本标准规定了白车身加载边界条件和、结果的处理和评价方法。
本标准适用于乘用车、部分商用车白车身弯曲分析。
本标准不适用于重型卡车、皮卡类车型。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
无3 术语和定义3.1.本规范中的BIW是指焊接车身的本体部分，不包含通过螺栓装配在车身本体上的部分（车门、发动机罩、行李箱盖以及需要螺栓连接的翼子板、仪表板支持横梁以及焊接在车身上的固定铰链），如图1所示。
图1 BIW示意图3.2.BIP带前挡风玻璃的白车身（在白车身弯曲刚度分析中需要考虑前挡风框变形率时使用不带玻璃的白车身模型，其余窗框变形率使用带玻璃的白车身模型）。
4 白车身弯曲刚度分析4.1加载如图2所示，找出纵梁上位于前后约束在X向的中点位置，用rbe2抓取此位置对应地板上面100*100mm的区域，左右分别加载-Z 向1000N 。
图2 白车身弯曲刚度分析边界示意4.2 约束如图2所示，采用对称约束方式，左后悬反冲块123，约束右后悬反冲块13，左前悬反冲块23，右前悬反冲块3，其中反冲块区域应变rbe2抓取100*100mm 范围内的节点。
4.3 结果后处理4.3.1 刚度值由载荷作用线作一竖直方向的平面与左、右中纵梁底面相交，其与左、右中纵梁底面中线的交点为测量点，测量左侧交点沿Z 向的位移量ΔZ1 和右侧交点沿Z 向的位移量ΔZ2，计算出平均值Δ和刚度值K ，记录于表1 所示的表格中。
××车型白车身刚度CAE分析报告模板
图3 考核点分布图
4.2绘制白车身弯曲刚度变形曲线（见下图）：
3 /3
图4 白车身弯曲刚度曲线
4.3刚度计算公式K＝F／δ（F为加载力，δ为位移） 4.4刚度云图
图5 白车身弯曲刚度云图
5、分析结论—分析结果是否满足设计要求 XX车型白车身弯曲刚度是否满足目标要求。
6、优化方向—如分析结果不满足设计要求，对优化方案提供方向性建议
项目名称
××
数据版本
M0/2012.02.25
分析内容
××车型白车身刚度CAE分析报告模板
1、分析目的 对× × 车型白车身弯曲刚度进行校核。 2、使用软件 ① 前处理：HyperMesh v10.0 ② 求解器 NASTRAN2010 ③ 后处理：Hypermesh 10.0
1/3
文件编号
项目 -CAE-NVH-
审核
校对
制作
朱志峰 年-月-日
3.3工况说明—
2 /3
约束条件：在前、后悬架与车身连接处，约束X、Y、Z移动自由度；（见图2） 加载条件：在前排左右座椅质心处各施加1000N的垂向力，后排座椅质心处施加 2000N的垂向力
4、计算结果
图2 白车身弯曲刚度加载工况
4.1分析数据处理 在车身纵梁下部和门槛梁下部分布了一系列考核点，通过考核点的X坐标值和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ向变形 量绘制弯曲刚度曲线（见下图）。
所属部门
CAE部
3、模型及边界条件
图1：白车身有限元模型
3.1模型说明—白车身NVH焊接模型
3.2 车身材料说明
部件
钣金件 减震胶
材料
steel glue
弹性模量 泊松比 密度
210000 10
CAE白车身扭转刚度分析报告
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
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编号：QQ-PD-PK-066白车身弯曲刚度分析报告
项目名称：QQ458321486
编制：日期：
校对：日期：
审核：日期：
批准：日期：
XX汽车有限公司
2013年03月
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白车身弯曲刚度分析边界条件 (1)
5分析结果 (3)
6结论 (10)
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白车身为分析对象，利用有限元法，对其进行了弯曲刚度分析。
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于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可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，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，焊点采用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%。
QQ数模及有限元模型见下图：
图1QQ数模及有限元模型
4白车身弯曲刚度分析边界条件
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，三个子工况分别约束后悬架板簧前吊耳铰接处、两吊耳中间限位支架处、板簧后吊耳铰接处Y、Z移动自由度，与前悬架的约束组成整个白车身的约束；在每个子工况中，找到纵梁上位于前后约束X方向的中心位置，施加左右各4000N，共8000N的集中载荷。
白车身弯曲刚度分析各子工况边界条件的加载图2、图3、图4：
图2白车身弯曲刚度分析子工况1边界条件
图3白车身弯曲刚度分析子工况2边界条件
图4白车身弯曲刚度分析子工况3边界条件
5分析结果
考虑到本车前悬架为独立悬架，后悬架为板簧连接的非独立悬架。
通过分析得到每个弯曲子工况下白车身加载点Z方向的最大位移，来计算白车身在每个子工况下的弯曲刚度，然后求得平均弯曲刚度作为白车身的弯曲刚度。
在各弯曲工况下，设计车白车身Z向变形图如下：
图5QQ车白车身Z向变形图（子工况1）
图6QQ白车身Z向变形图（子工况2）
图7QQ白车身Z向变形图（子工况3）
根据分析得到的位移数据，可以求出各个子工况的弯曲刚度。
弯曲刚度计算公式：弯曲刚度＝F/δ
白车身三个子工况下门槛处的Z向最大位移和刚度如下表：
表1加载点的Z向最大位移和刚度表
子工况1子工况2子工况3
左、右加载处的Z向最大位移（mm）-1.342-1.642-2.22 -1.33-1.581-2.135
平均位移（mm）-1.336-1.6115-2.1775
刚度（N/mm）5988.04964.33673.9计算平均刚度作为白车身的弯曲刚度：
白车身弯曲刚度＝（59880+4964.3+3673.9）/3＝4875.4N/mm
本次分析在车身纵梁下部和门槛下部分布了一系列考核点，通过考核点的X坐标值和该点在车身弯曲时产生的垂直变形量描绘弯曲变形曲线。
考核点如图8所示。
图8QQ车考核点位置
表2弯曲子工况1考核点垂向变形量（mm）
序号X坐标（mm）
QQ考核点Z向变形量（mm）
前纵梁（左/右）门槛（左/右）后纵梁（左/右）
1100-0.313-0.321
2400-0.651-0.673
3700-0.927-0.967
4900-1.094-1.116
51200-1.247-1.282
61500-1.311-1.345
71800-0.981-1.024-0.622-0.650
82100-0.741-0.722-0.631-0.615
92400-0.892-0.848-0.216-0.220
102600-0.948-0.9520.0100.009
112800-0.936-0.8710.2060.211
123000-0.782-0.6920.3110.317
133200-0.261-0.2860.4020.415
1435000.5250.543弯曲工况1变形图：
图9工况1整车左侧变形图
图10工况1整车右侧变形图
弯曲子工况2各个考核点计算值见下表：
表3弯曲子工况2考核点垂向变形量（mm）
序号X坐标（mm）
QQ考核点Z向变形量（mm）
前纵梁（左/右）门槛（左/右）后纵梁（左/右）
1100-0.297-0.308
2400-0.63-0.611
3700-0.929-1.003-0.628-0.665
4900-1.133-1.173-0.801-0.797
51200-1.392-1.449-1.033-1.014
61500-1.611-1.670-1.165-1.210
71800-1.502-1.573-1.245-1.213
82100-1.154-1.105-1.248-1.273 92400-0.700-0.756-0.860-0.896 102600-0.576-0.605 112800-0.286-0.306 123000-0.048-0.062 1332000.1340.131 1435000.3830.390
弯曲工况2变形图：
图11工况2整车左侧变形图
图12工况2整车右侧变形图弯曲子工况3各个考核点计算值见下表：
表4弯曲子工况3考核点垂向变形量（mm）
序号X坐标（mm）
QQ考核点Z向变形量（mm）
前纵梁（左/右）门槛（左/右）后纵梁（左/右）
1100-0.277-0.291
2400-0.619-0.659
3700-0.949-0.989-0.644-0.690
4900-1.199-1.259-0.880-0.892
51200-1.566-1.646-1.209-1.239
61500-1.929-2.014-1.447-1.533
71800-2.091-2.186-1.654-1.662
82100-1.671-1.676-2.074-2.147 92400-1.389-1.467-1.847-1.908 102600-1.585-1.634 112800-1.309-1.346 123000-0.977-1.006 133200-0.614-0.634 143500-0.035-0.039
图13工况3整车左侧变形图
图14工况3整车右侧变形图
6结论
通过上述计算结果可知：
①QQ白车身弯曲刚度为4875.4N/mm。
②通过变形云图可以看出，设计车位移等值线过渡自然，无突变，说明白车身变形状态良好，见图5～图7。
③从弯曲变形曲线看，曲线无突变，弯曲变形良好。