一、寫在前面

經過前面兩個帖子的講解，相信大家已經對車身剛強度優化和輕量化有了初步了解；

今天再分享一個很久之前的學習資料，本文對白車身結構優化進行更加深入的探討，并對一般性的經驗規律進行了總結；

希望能對感興趣的小伙伴起到一些思考和啟發作用。

二、BIW模態和剛度分析的目的：

白車身是車體的骨架部分，起著承載重量，保護乘員的作用，同時要滿足疲勞、強度、NVH和碰撞等。NVH要考慮白車身的模態、彎曲剛度和扭轉剛度, 模態主要考察白車身的動力學性能，彎曲和扭轉剛度主要考察白車身在彎曲和扭轉工況下的變形情況。

三、BIW模型檢查

1、檢查白車身總成的質量是否正確。可初步判斷模型中是否有零件缺失或大質量等情況存在。

2、檢查焊接。主要檢查零件是否有漏焊的焊點和焊縫，焊接層次是否正確。檢查焊接的時候，可以主要檢查節點位置和關鍵的區域。如果時間寬裕，可以仔細檢查。

3、檢查材料參數。主要檢查結構膠、玻璃膠和焊點，確認材料參數與參考車（如果有參考車）一致。

四、模態優化原理

單自由度的簡諧模型的特征值方程（如下），可以看出固有頻率與質量、剛度的關系。

從以上公式可以看出。白車身彎曲模態優化，可以減少質量，如減少前端模塊質量提高頻率；也可以增加剛度，如增加地板剛度，增加接頭剛度等，提高頻率。

1、影響彎曲模態的區域

前端模塊，A TO ROOF ，A TO HINGER ，HINGER TO ROCKER ，A BEAM ，B TO ROOF ，B TO ROCKER ，B BEAM ，C TO ROCKER ，前地板，頂蓋。

①、并不是所有的關注區域對提高彎曲模態頻率都有幫助，應該結合彎曲模態振型，重點優化關注區域中模態位移較大和應變能較多的地方。如，從彎曲模態振型看，前端模塊區域的位移和應變能都較高，這時可以通過減少前端模塊質量或增加前端模塊關鍵位置的剛度來提高彎曲模態頻率。

②、若模態位移和應變能集中出現在接頭的位置。這時可以考慮從節點剛度的優化入手。單獨對這些接頭進行節點剛度分析。利用節點剛度優化的優勢在于，將白車身的優化簡化為局部的優化，節點剛度模型下，方案實施簡單，計算時間少，能夠大大提高優化效率。節點剛度的優化可以從以下幾方面考慮：

• 優化接頭斷面；

• 優化焊點分布和焊點層次；

• 優化零件厚度；

• 增加加強件；

• 優化加強筋。       

2、影響扭轉模態的區域

A TO HINGER，A BEAM, A TO ROOF, HINGER TO ROCKER, C TO ROOF, C PILLAR, C TO ROCKER, PACKAGE TRAY STRAIN 等。

扭轉模態優化與彎曲模態優化方法類似，應該根據模態振型和應變能的分布進行優化。上圖中只列出了常見的優化區域。對于三廂轎車，置物板區域的優化對扭轉模態優化很有幫助。對于兩廂車，背門框區域的優化對扭轉模態優化很有幫助。扭轉模態的優化也可以利用節點剛度的優化來提高優化效率。具體方法和彎曲模態的優化相同。

五、彎曲和扭轉剛度

主要用來評價白車身抵抗彎曲和扭轉變形的能力。彎曲和扭轉剛度反映了白車身整體框架結構的性能，彎曲和扭轉剛度的優化更多體現的是車身框架結構的優化。

1、影響彎曲剛度的區域

B TO ROOF, B TO ROCKER, B PILLAR, A PILLAR,ROCKER, REAR RAIL等

彎曲剛度的優化，應該結合分析結果的應變能云圖進行。通過應變能圖找出應變能集中的區域進行優化。另外可以看彎曲變形的動畫，根據變形情況進行優化。

2、影響扭轉剛度的區域

A TO HINGER, A TO ROOF, C TO ROOF, C TO ROCKER,ROOF RAIL, A PILLAR, C PILLAR, REAR RAIL, PACKAGE TRAY 

通過應變能云圖和變形動畫確定確定優化的方向。如，需要優化抗彎系數還是抗扭系數？常用的方法有：

增加零件厚度，優化搭接及焊點，優化梁截面屬性(如，慣性矩或極慣性矩)，增加加強件等方法。

將節點剛度分析結果與參考車或數據庫進行比較，找出差異。在節點剛度的分析模型上進行優化，具體方法可以有：優化焊點分布，優化搭接，增加加強筋或加強件，優化零件厚度，優化腔體的截面等方法。

六、料厚優化

通過優化白車身板件厚度來提高白車身模態和剛度性能的方法。建議料厚優化放在結構優化之后進行，因為通過結構優化可以得到較好的車身結構，在這個模型上進性料厚優化更有意義。料厚優化不僅可提高白車身的模態和剛度，還可以通過控制質量的方式進行減重。即實現材料厚度的最優化。

七、白車身模態優化和剛度優化的區別

1、模態優化

結構的模態既有剛度的貢獻也有質量的貢獻，因此在優化模態時即可優化剛度也可優化質量。對于白車身的彎曲和扭轉模態，往往也有局部模態參與其中。這時，優化局部結構對整體模態的提高有一定幫助。如，彎曲模態中有備胎盒的局部模態，這時優化備胎盒結構后彎曲模態會提高一些，但整車的彎曲或扭轉剛度卻基本沒變。白車身模態的優化即可以從整體框架結果上進行優化，也可以從局部結構上進行優化，建議根據具體情況決定。

2、剛度優化

白車身剛度主要和結構、焊點、料厚相關。彎曲和扭轉剛度的優化工作主要集中在車身整體框架結構的優化上。和模態的優化不同，框架結構外的局部優化對剛度提高意義不大。如提高前端模塊的剛度后彎曲模態提高，但彎曲剛度卻基本沒變化。

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