白车身扭转刚度分析及优化

1、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 d

2、urability 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

3、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,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。分析结果中,输出节点的位移值和应力。通过指定单元观察白车身结构刚度的连续性,确认结构中是否有刚度薄弱的部位。通过观察应力分布,预测可能发生失效的区域。扭转工况

4、的载荷施加在前减震塔上,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为扭矩值,L为左右减震塔中心之间的距离。 白车身扭转分析加载示意结果输出 白车身扭转分析结果进行试验测点布置时,为了考察车身的总体刚度情况,并能更准确地与试验结果作对比,在白车身上选取关键点,作为相对位移的结果输出。车身各部件上选取的输出点按特定的节点号排列。为了方便观察选取点的位移情况,在选取点之间创建单元。为了考察车身总体刚度情况和关键部位的变形情况,选取关键点并求出其位移变化值,变形量应小于车型规定参数。 白车身扭转结果输出示意图 白车身扭转结果设计优化以本次分析为例:有一处车门框原始设计参

5、数不能满足设计刚度要求,为了提高产品性能并且优化整个车体的设计,对BIW进行DOE计算并根据灵敏度分析结果对车体板壳厚度、连接方式、焊点位置等参数进行合理优化。在白车身弯曲、扭转刚度和主要模态(包含后端扭转、一阶弯曲、整体扭转+Y向弯曲降低不大的情况下,为达到白车身减重的目标,现对白车身各部件做灵敏度分析,对影响较小结构进行减重。优化区域为了合理确定优化区域,在进行灵敏度分析后,对弯曲、扭转刚度和三个主要模态,影响较小的结构(至少影响三个指标中的一个;可以通过修改通过综合评估后得到的结构来达到目标。 优化区域设定结论本文建立了BIW模型,利用Nastran对其进行了扭转刚度计算。通过对比试验结果,验证了模拟分析的准确性。通过后续的灵敏度分析以及优化分析,修正了车门框一处刚度不足的缺陷,同时对选定区域