車身優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：段譽(yù) 創(chuàng)建時(shí)間：2019-04-10
車身優(yōu)化的視頻教程
基于拓?fù)?em>優(yōu)化車身阻尼材料仿真分析解決方案
基于拓?fù)?em>優(yōu)化車身阻尼材料仿真分析解決方案 適用人群：OEM 或零部件供應(yīng)商N(yùn)VH開發(fā)工程師、OEM或零部件內(nèi)飾開發(fā)工程師、高校振動(dòng)噪聲專業(yè)學(xué)生 基于拓?fù)?em>優(yōu)化車身阻尼材料仿真分析解決方案（免費(fèi)） 【已結(jié)束】 直播時(shí)間：2022-06-16 19:30 課程目的與背景： 車用阻尼材料具有降噪減振等功能，被廣泛應(yīng)用于車身底板、輪罩及頂棚
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Hypermesh車身性能分析與優(yōu)化
、名稱、料厚等； 1.4模型檢查（單元檢查、連接檢查）； 1.5零件替換 第二章.車身基礎(chǔ)性能分析 2.1自由模態(tài)計(jì)算及結(jié)果解讀與優(yōu)化 2.2扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度計(jì)算及結(jié)果解讀與優(yōu)化 2.3多工況模型搭建：Nastran頭文件方法 2.4TCL二次開發(fā)快速搭建工況及結(jié)果處理 第三章.結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法 3.1拓?fù)?em>優(yōu)化、形貌優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化介紹 3.2焊點(diǎn)、膠水靈敏度 3.3料厚靈敏度
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車身優(yōu)化的實(shí)例教程
汽車NVH工作又由CAE分析與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分組合，目前，國內(nèi)汽車企業(yè)對(duì)汽車NVH性能的提升以后期CAE優(yōu)化為主，存在工作重復(fù)、效率低、成本高等不足。文章提出了一種新的NVH性能優(yōu)化方法：將車身平臺(tái)化，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法對(duì)平臺(tái)共用件進(jìn)行優(yōu)化，確定一部分合適各種車型的平臺(tái)共用件，在開發(fā)新車時(shí)調(diào)用此平臺(tái)，確保了一定的車身NVH性能。文章采用了該方法對(duì)某車身平臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化分析，新車型調(diào)用該平臺(tái)后，車身NVH性能的優(yōu)化的工作量大幅度減少。
【關(guān)鍵詞】車身NVH；車身平臺(tái)化；優(yōu)化分析
引言
近年來，國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展越發(fā)成熟，行業(yè)內(nèi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)與人民生活水平提高后對(duì)生活品質(zhì)的追求，促使車企對(duì)汽車乘坐的舒適度越來越重視。因此，對(duì)車身NVH性能的要求越要越高。NVH即N-Nosie噪聲、V-Vibration振動(dòng)、H-Harshness聲振粗糙度，是一個(gè)評(píng)估汽車舒適度的標(biāo)準(zhǔn)。它不像其他汽車性能需要專業(yè)工程師用儀器做分析才能得到一個(gè)結(jié)果，它能直接反映給任何一位乘車人員。有研究表明，長期處于噪音環(huán)境下會(huì)對(duì)我們的心理有很大的不良影響，甚至影響人的聽力。這里的噪音不僅指人類可聽到的噪聲，它還包含一些低頻噪聲。除此之外，還有一些人體無法明確感受到的低頻震動(dòng)，也會(huì)對(duì)車內(nèi)乘員造成不同的影響，如暈車、疲勞等。因此，車身NVH性能的優(yōu)化在今后的車身開發(fā)中會(huì)愈發(fā)重要。
由于具有國內(nèi)NVH技術(shù)還不成熟，在車身前期開發(fā)的時(shí)候不能把控NVH性能，只能在后期通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)提升車身固有的自然模態(tài)，防止聲固耦合模態(tài)與激勵(lì)頻率一致造成巨大噪聲。除此之外，還要對(duì)車身關(guān)鍵點(diǎn)的動(dòng)剛度優(yōu)化分析、TB模型的模態(tài)優(yōu)化分析等進(jìn)行提升。
展開 摘 要：本文以柔度最小化為目標(biāo)建立了汽車白車身拓?fù)?em>優(yōu)化模型，采用的優(yōu)化工具為 OptiStruct， 分析工況包括彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、正面碰撞、后面碰撞和側(cè)面碰撞，目的是考察拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)在車 身架構(gòu)前期開發(fā)中應(yīng)用的可行性。
關(guān)鍵字：白車身 拓?fù)?em>優(yōu)化 加權(quán)柔度 OptiStruct 載荷傳遞路徑
1 概述
中國汽車自主品牌經(jīng)過近十多年的發(fā)展，開發(fā)水平從早期的抄襲模仿，逐步轉(zhuǎn)向正向設(shè)計(jì)，車型 研發(fā)的領(lǐng)域逐步提前到前期開發(fā)階段。在車身架構(gòu)的前期開發(fā)階段，可以利用拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)探索載荷 傳遞路徑，從而為后期的工程開發(fā)提供合理的車身架構(gòu)[1-2]，避免出現(xiàn)重大的設(shè)計(jì)失誤，同時(shí)降低設(shè) 計(jì)成本，提高研發(fā)速度。本文根據(jù)某車型的上一代車身架構(gòu)，在 HyperMesh 中建立拓?fù)?em>優(yōu)化模型， 利用拓?fù)鋬?yōu)技術(shù)獲取前期車身架構(gòu)，拓?fù)?em>優(yōu)化工具采用 OptiStruct 求解器，目的是考察拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù) 在車身架構(gòu)前期開發(fā)中應(yīng)用的可行性。
2 模型描述
根據(jù)某車型的上一代白車身有限元模型（如圖 1 所示），建立白車身拓?fù)淠Ｐ停ㄈ鐖D 2 所示）， 由于水箱橫梁總成對(duì)本次拓?fù)?em>優(yōu)化分析工況（剛度工況和碰撞工況）的影響較小，該部分總成沒有建 立拓?fù)淠Ｐ汀？紤]到整車在前后碰撞過程中需要縱向剛度比較好，因此將前后縱梁總成直接設(shè)定為非 設(shè)計(jì)空間，其余網(wǎng)格均作為設(shè)計(jì)空間。為了方便優(yōu)化過程控制，分為若干區(qū)域并分別賦予不同的屬性， 再施加約束和載荷，建立拓?fù)?em>優(yōu)化的有限元模型，如圖 2 所示。
展開 一方面運(yùn)用有限元、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法的有效結(jié)合對(duì)客車車身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析進(jìn)行了有益的嘗試，對(duì)汽車的優(yōu)化技術(shù)有較強(qiáng)的理論與實(shí)踐意義。另一方面，為客車車內(nèi)噪聲尤其是低頻噪聲控制尋求新韻途徑，有較強(qiáng)的工｛曼實(shí)用意義。對(duì)ＣＡＥ技術(shù)在汽車領(lǐng)域的運(yùn)用有一定的參考價(jià)值。
客車車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及車內(nèi)噪聲分析.pdf
1 課題背景
基于仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品開發(fā)理念，進(jìn)行某款白車身的前期方案設(shè)計(jì)。因?yàn)榘?em>車身的性能要求包括耐撞性、耐久性及NVH性能，所以在概念設(shè)計(jì)階段，拓?fù)?em>優(yōu)化模型也應(yīng)該考慮碰撞工況、彎曲剛度和模態(tài)工況。對(duì)于白車身多工況優(yōu)化問題，可以利用多工況優(yōu)化方法或多模型優(yōu)化方法（MMO）。但是在實(shí)際工程應(yīng)用過程中，對(duì)于剛度及模態(tài)線性分析工況，可以獲得比較理想拓?fù)浣Y(jié)果，而對(duì)于高度非線性的碰撞工況，目前公開文獻(xiàn)中采用的近似靜態(tài)載荷法獲得的拓?fù)渎窂浇庾x性較差。
因此，如何用有效的靜態(tài)工況近似代替碰撞工況，是白車身多工況拓?fù)?em>優(yōu)化的關(guān)鍵問題。
本課題提出一種利用場(chǎng)力代替碰撞力的優(yōu)化方法。通過與其它兩種方法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該方法不但保留了線性優(yōu)化的高效性，而且拓?fù)浣Y(jié)果路徑清晰，材料分布合理，容易解讀。通過在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用及后期碰撞性能分析，驗(yàn)證該方法在概念設(shè)計(jì)階段可以等效替代碰撞工況。
最終結(jié)合多工況拓?fù)浣Y(jié)果，利用solidthinking解讀出車身骨架的概念方案，如下圖。
2 問題描述
基于造型、總布置及base模型，創(chuàng)建白車身的拓?fù)?em>優(yōu)化空間，如下圖：
3 優(yōu)化模型
變量單元：以六面體為主的體單元；數(shù)量115萬；
邊界條件：約束前保險(xiǎn)杠主點(diǎn)123；
載荷：施加全局-X向重力場(chǎng)；
約束：體積分?jǐn)?shù)＜0.3；
目標(biāo)：全局應(yīng)變能最小。
4 正碰拓?fù)浣Y(jié)果
基于正碰工況下的等效場(chǎng)力法，經(jīng)優(yōu)化迭代后拓?fù)浣Y(jié)果如下圖：
5 多工況拓?fù)?em>優(yōu)化
工況：靜態(tài)載荷約束法（彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、頂壓）；等效場(chǎng)力法（正碰、偏置碰、側(cè)碰、后碰）；
約束：體積分?jǐn)?shù)＜0.3；
目標(biāo)：利用折中規(guī)劃法，將全局應(yīng)變能最小作為目標(biāo)。
展開 車身是汽車行駛運(yùn)動(dòng)過程中的主要承載體。車身由大量的部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件也十分復(fù)雜。主要的工作載荷包括：驅(qū)動(dòng)慣性力，制動(dòng)慣性力，轉(zhuǎn)向慣性力，不平路面激勵(lì)力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)載荷等等。如果車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剛度設(shè)計(jì)不足，則車身的振動(dòng)頻率會(huì)引起結(jié)構(gòu)共振，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)度失效（產(chǎn)生塑性變形），進(jìn)而導(dǎo)致車門、窗框、背門框等變形過大。最終導(dǎo)致車門卡死、玻璃破碎、密封失效、漏氣漏水等問題。分析車身的剛度，改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高車體剛度是非常重要。
車身性能開發(fā)金字塔的最底層是消費(fèi)者最易感知的性能，即操穩(wěn)性能，而操穩(wěn)性能直接相關(guān)的就是車身的整體剛度性能。（車身扭轉(zhuǎn)剛度、區(qū)域剛度是和車身操穩(wěn)性能相關(guān)的，因此車身扭轉(zhuǎn)剛度的性能目標(biāo)應(yīng)該滿足操穩(wěn)性能要求，也應(yīng)該由操穩(wěn)性能需求來定義。）
通常更高的車身剛度性能對(duì)于操穩(wěn)、NVH、耐久性能是有益的，那是不是說為了提升上述相關(guān)性能可以過度提高剛度性能呢？當(dāng)然不是，剛度性能提升是要滿足結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，即通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來提升材料有效利用率，而不是靠粗暴地堆疊材料來提升剛度性能。在提升剛度性能時(shí)還要考慮輕量化要求，只有通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)才能夠在滿足剛度性能要求時(shí)，同時(shí)滿足動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的要求。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括拓?fù)?em>優(yōu)化、形狀優(yōu)化等方法在優(yōu)化車身性能中具有非常重要的作用。拓?fù)?em>優(yōu)化可以合理優(yōu)化材料分布，識(shí)別車身結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)。形狀優(yōu)化進(jìn)一步優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)形狀提升材料效率。
以上包括本田、雷諾、沃爾沃、標(biāo)志、尼桑、寶馬、雷克薩斯、斯柯達(dá)、歐寶等車型開發(fā)過程中拓?fù)?em>優(yōu)化在結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化中的案例。
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車身優(yōu)化的最新內(nèi)容
本次Siemens Simcenter深度整合Altair技術(shù)后的首場(chǎng)在線技術(shù)研討會(huì)，我們將聚焦電動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)的核心痛點(diǎn)，通過真實(shí)案例深入剖析該方案如何破解熱管理、能量優(yōu)化、車身集成以及AI與仿真結(jié)合落地等一系列復(fù)雜難題。我們誠摯邀請(qǐng)您搶占技術(shù)先機(jī)，與西門子專家共同探索產(chǎn)品研發(fā)“降本提效” 的核心路徑！
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本次Siemens Simcenter深度整合Altair技術(shù)后的首場(chǎng)在線技術(shù)研討會(huì)，我們將聚焦電動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)的核心痛點(diǎn)，通過真實(shí)案例深入剖析該方案如何破解熱管理、能量優(yōu)化、車身集成以及AI與仿真結(jié)合落地等一系列復(fù)雜難題。我們誠摯邀請(qǐng)您搶占技術(shù)先機(jī)，與西門子專家共同探索產(chǎn)品研發(fā)“降本提效” 的核心路徑！
漢航車輛性能測(cè)試之滑行測(cè)試模塊5個(gè)月前
通過精準(zhǔn)測(cè)定道路阻力系數(shù)，幫助車企優(yōu)化車身氣動(dòng)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系效率，提升車輛續(xù)航里程與能源效率；為底盤調(diào)校提供量化的阻力數(shù)據(jù)，優(yōu)化懸掛系統(tǒng)與輪胎選型，提升車輛行駛穩(wěn)定性；同時(shí)，合規(guī)的測(cè)試報(bào)告可直接用于輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量等法規(guī)認(rèn)證場(chǎng)景，助力車企快速通過認(rèn)證，搶占市場(chǎng)先機(jī)。
在汽車產(chǎn)業(yè)電動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，精準(zhǔn)、高效的滑行測(cè)試成為車企提升產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要支撐。
工程師們利用CAE仿真技術(shù)，對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次模擬實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)車身在不同受力情況下的變形和應(yīng)力分布，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高車身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
3. 熱管理分析
熱管理是汽車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素之一。CAE技術(shù)可以用于整車熱管理的分析，研究整車的傳熱介質(zhì)流場(chǎng)以及換熱過程中所涉及的子系統(tǒng)。
STAR-CCM+在汽車行業(yè)中的應(yīng)用8個(gè)月前
參考案例-設(shè)計(jì)探索-使用設(shè)計(jì)管理器替換零部件
· 升力與控制 (Lift & Control)：優(yōu)化車身底部、擴(kuò)散器和尾翼的設(shè)計(jì)，確保車輛在高速時(shí)有足夠的下壓力，提高操控穩(wěn)定性。
工程師們利用CAE仿真技術(shù)，對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次模擬實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)車身在不同受力情況下的變形和應(yīng)力分布，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高車身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
3 熱管理分析
熱管理是汽車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素之一。CAE技術(shù)可以用于整車熱管理的分析，研究整車的傳熱介質(zhì)流場(chǎng)以及換熱過程中所涉及的子系統(tǒng)。
圖9：查看21階振型動(dòng)畫
在實(shí)際工程應(yīng)用中，可以觀察、記錄及優(yōu)化比如車身的俯仰、側(cè)傾，動(dòng)力總成的垂直、扭轉(zhuǎn)等總成的在整車下的振動(dòng)特性。
精彩直播預(yù)告
在當(dāng)前數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，各大汽車行業(yè)主機(jī)廠及零件供應(yīng)商如何保證行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力并實(shí)現(xiàn)持續(xù)盈利成為企業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。減少原材料浪費(fèi)降低材料成本，減少設(shè)計(jì)更改縮短研發(fā)周期等，這些降本增效的行為已成為當(dāng)前工作中的重中之重。
海克斯康工業(yè)軟件FTI-FormingSuite
因此，設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)白車身模態(tài)特性進(jìn)行模擬分析，以優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，避免發(fā)生共振和異響，并觀察振動(dòng)頻率及振型狀態(tài)，確定是否進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以加強(qiáng)車身局部剛度，提升其穩(wěn)定性和安全性[2]。
1 計(jì)算方法
白車身近似為多自由度線性無阻尼振動(dòng)系統(tǒng)，其振動(dòng)方程為[3]
式中，M 為白車身質(zhì)量矩陣；K 為白車身剛度矩陣； X?? 和 X 分別為節(jié)點(diǎn)加速度、位移矢量。
