白車身扭轉剛度的案例
基于Hyperworks白車身扭轉剛度仿真分析 ￥15
白車身剛度是整車性能開發的一個重要指標，它決定了車輛在外力作用下抵抗變形破壞的能力。白車身剛度與整車許多性能指標均有關聯，如耐久性能、碰撞安全性能、操穩性能和NVH性能等。而白車身彎曲剛度和扭轉剛度是反映白車身剛度的兩項重要性能指標。當前的主流輕量化設計趨勢就是在控制成本和重量的前提下，盡可能提升白車身的彎扭剛度值。其中，白車身扭轉剛度還是白車身輕量化程度的重要表征。國際上流行的一個重要的車身設計指標—輕量化系數，就是根據白車身扭轉剛度、白車身質量、軸距和輪距計算得到的。
圖1 白車身扭轉剛度分析結果
輕量化系數公式：
圖2 輕量化參數的示意圖
圖3 扭轉剛度分析結果（z向位移圖）
利用OptiStruct求解器計算BIW的扭轉剛度，采用的加載工況和約束條件，及根據仿真分析的結果計算得到該白車身扭轉剛度值，白車身輕量化系數，詳情見收費內容部分。
該白車身的扭轉剛度為8377.033N?m/deg，白車身輕量化系數為1.192。
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展開 白車身扭轉剛度分析報告 ￥1
1 分析目的
2 使用軟件說明
3 有限元模型建立
4 白車身扭轉剛度分析邊界條件
5 分析結果
6 結論
1 分析目的
車身是轎車的關鍵總成，除了保證外形美觀以外，汽車設計工程師們更注重車身結構的設計。車身應有足夠的剛度，剛度不足，會導致車身局部區域出現大的變形，從而影響了車的正常使用。低的剛度必然伴隨有低的固有頻率，易發生結構共振和聲響。本報告以 QQ 白車身為研究對象，利用有限元法，對其進行扭轉剛度分析。
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進行求解。Altair Optistruct 最強大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 AltairOptistruct 可以進行形狀、尺寸、拓撲結構等優化，采用固定的內存分配技術，具有很高的計算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據設計部門提供的白車身的工藝數模建立 QQ 的計算模型，對模型進行了有限元離散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要；粘膠用實體單元模擬，焊接采用 CWELD和 RBE2 單元模擬。其中四邊形單元 469700 個，三角形單元 15543 個，三角形單元比例3.4%。
展開 機器學習在汽車CAE分析中應用 —— 以料厚變化的白車身剛度分析為例
現在以白車身剛度分析來驗證這條技術路徑。白車身剛度分為扭轉剛度和彎曲剛度，是整車的重要性能指標。
白車身扭轉剛度與彎曲剛度加載方式如下
白車身扭轉剛度與彎曲剛度計算公式是：扭轉剛度=扭矩/扭轉角（N.M/DEG）；彎曲剛度=力/位移（N/MM）。
影響白車身剛度的因素有料厚、結構（整車尺寸、接頭形式、關鍵斷面）和材料（鋼、鋁合金、碳纖維）。為了減少計算規模，這個示例僅考慮料厚因素，但基本過程都是一樣的。其中使用的CAE計算軟件是Nastran，程序開發語言是Python。
示例中鈑金件數為368個，對應同樣數目的料厚PSHELL變量。就算每個件料厚只考慮最小和最大兩種情況，以及對稱件情況，則所有料厚組合方案大約為2^200，數量巨大，根本不可能用CAE軟件計算一遍，因此首先需要進行靈敏度分析，篩選出12個料厚變量（對應21個件，因為對稱件料厚是一致的）。相對于2^200個方案，現在只需要計算2^12=4096個方案即可。實際應用中，如果不屬于這21個件范圍內的部件料厚改變，可以直接認為對白車身剛度影響極小。
示例白車身中靈敏度最高的21個鈑金件分布如下：
在4096個料厚方案自動計算完畢后，將變量和結果輸入到機器學習程序中進行訓練，輸出規則模型并保存。
展開 白車身剛度（2.1.1 Body Stiffness）
、選擇約束和加載，進行白車身剛度分析；
2、針對白車身扭轉與彎曲剛度，進行料厚靈敏度分析；
3、輸入白車身剛度目標值，進行料厚與材料的白車身減重優化；
4、根據減重優化結果，更新白車身模型；
操作示例：
1、基于白車身剛度工況，進行料厚與材料的白車身減重優化；
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SAE--乘用車白車身彎曲、扭轉剛度實驗方法及數據處理規范 ￥2
1 試驗樣件（白車身總成組成部分）
2 測試裝置
3 試驗要求
4 試驗步驟
5 試驗數據后處理
附件為乘用車白車身彎曲、扭轉實驗方法兩份技術規范pdf文件
CAE在汽車優化設計的仿真分析與應用
車身是汽車的重要組成部分，其重量約占整車重量的50%，采用CAE仿真分析對車身結構進行優化設計能有效降低汽車自重。
作為輕量化的重要手段和工具，本文以靈敏度為手段，車身厚度為設計變量，以車身重量最小為優化目標，以車身剛度、模態頻率為約束條件，進行輕量化設計，實現有效減重。
以某車型白車身為例，應用優化設計軟件OptiStruct，以扭轉剛度靈敏度分析為基礎并應用優化算法，在重點保證白車身扭轉剛度和一階扭轉模態性能的前提下，以車身質量的最小化為目標，通過優化各車身零件的厚度，實現減重31Kg，同時扭轉剛度和尾門框菱形扭轉模態頻率均有一定程度的提高，最后應用輕量化系數進行了基于扭轉剛度和一階扭轉模態的輕量化評價。
靈敏度基本原理
車身結構分析中的靈敏度分析是分析車身結構性能參數uj（即設計目標）的變化對車身結構設計參數xi變化的敏感性，其敏感性定義為
優化數學模型
基于車身結構剛度和固有頻率的優化問題數學模型為：
有限元仿真建模
利用HyperMesh前處理建立某車型白車身有限元模型，采用acm單元模擬車身實體焊點，采用三角形和四邊形網格單元進行網格劃分，車身有限元模型如圖1所示，其中單元總數為680257個，四邊形單元591092，三角形單元1747個，三角形比例為2.87%，焊點總數為6557個。鈑金材料屬性：鋼（Steel），彈性模量（E）=210000MPa，泊松比=0.3，密度=7.9g/mm3。
圖1某車型白車身有限元模型
扭轉剛度及靈敏度計算
白車身靜態扭轉剛度作為白車身性能評價指標中比較重要的一種，用于反映白車身結構最基本的靜態特性。因為汽車行駛過程中受到車輪作用而產生整車扭轉的情況非常普遍，因而白車身抗扭能力大小，直接影響到白車身疲勞壽命及白車身的舒適性。
展開 六座跑車的白車身設計：利用HyperWorks最大化車身剛度并滿足強度要求
選擇相應的白車身結構設計概念是為了探索工業折紙技術，這使更輕材料折疊成復雜車身結構件形狀。成型是在裝配位置使用簡單廉價夾具完成的。開發白車身部件的幾何、拓撲等功能需要設計專業的學生與結構專業的學生之間廣泛的合作，也需要仔細平衡白車身剛度、包裝空間、成本和重量設計要求。
“Altair給我們巨大的支持，教我們的研究生怎么利用HyperWorks軟件開發白車身。通過 HyperWorks，我們在用折疊金屬折紙技術創建輕巧結構設計的過程中開發出最好的拓撲結構。”
Dr.
展開 六座跑車的白車身設計：利用HyperWorks最大化車身剛度并滿足強度要求
選擇相應的白車身結構設計概念是為了探索工業折紙技術，這使更輕材料折疊成復雜車身結構件形狀。成型是在裝配位置使用簡單廉價夾具完成的。開發白車身部件的幾何、拓撲等功能需要設計專業的學生與結構專業的學生之間廣泛的合作，也需要仔細平衡白車身剛度、包裝空間、成本和重量設計要求。
解決方案
首先，利用折疊金屬成形技術（FMT），從多次試驗和實驗中獲得一個鋁合金白車身設計。再造出一個卡板模型來證明折疊金屬技術的可行性。這個可行性評估很重要，特別在高負載結構區域（支柱塔和車身前部安裝點）。利用紙板模型的分析結果，折疊金屬技術被利用到了前擠壓結構、乘客地板區和后擠壓結構。上身結構是鋁管狀構造，包括車頂和車身支柱。
從卡板模型制作中得出經驗之后，用SolidWorks建立了白車身的CAD模型并導入HyperMesh中。所有的FMT結構件和空間管狀框架結構都是用2D面網格建立的。較厚的白車身部件以及關鍵設計區域——前副車架安裝到車身的位置，這些是用3D六面體網格劃分的。
卡板模型與前座配置卡板避震塔模型 避震塔有限元模型
使用Altair OptiStruct有限元求解器完成了一系列深入的有限元分析，包括扭轉和彎曲剛度分析、固有頻率分析、動態壺洞以及加速凹凸載荷分析。 后續使用Altair HyperView后處理模塊查看有限元分析結果，結果顯示白車身設計符合項目對車身的剛度要求。對于前副車架的有限元分析，施加了動態加速度載荷以及制動和轉彎工況模擬，結果顯示應力不超過許用值。
上圖: 完整的白車身CAD 模型 下圖: 有限元結果，扭轉剛度 白車身結構
結論
經過HyperWorks仿真分析，結果表明白車身底盤滿足強度和剛度要求，在咨詢了項目的主要供應商之后，隊員們在該車上運用了所有這些結構。
展開 基于HyperWorks焊點等效方法在白車身分析中研究
基于5×5mm的網格采用等效acm焊點模型可以用于白車身的模態計算。
圖4 白車身模態分析及實驗結果
4.2 白車身扭轉剛度分析
汽車行駛在凸凹不平的路面時，車身將產生扭轉變形。扭轉剛度(K)用于表示車身抵抗扭轉載荷的能力，用式(1)進行計算，車身扭轉剛度通常用車身扭轉角來衡量。
式中：M為所施加的力矩，M=1000N·m；
dfl，dfr分別為前懸架支撐處變形量絕對值；
drl，drr分別為后懸架支撐處變形量絕對值；
Yf，Yr分別為前軸、后軸懸架支撐處的距離。
利用專業的前處理軟件HyperMesh，采用慣性釋放的方法，在前后懸架支撐處均施加1000N·m的力矩，輸出縱梁Z方向的變形。仿真計算得到最大扭轉角在前部，相對扭轉角為0.76mrad，扭轉剛度為22680N·mm/deg。如圖5所示，圖中橫坐標為車身縱梁的X坐標，縱坐標為各測量點的扭轉角度。
扭轉剛度實驗邊界為后部連接處完全固定，無自由度；前部通過三角支架與臺架的橫梁剛性鉸接，橫梁在YZ平面內可以自由旋轉。選擇測量點的位置時，盡量選能體現總體剛度的部位，根據要求并結合經驗在左右縱梁下布置了30個位移測點，使用百分表測量各測點的Z向位移情況，如圖5所示。先按最大載荷預加載，卸載后分級施加載荷，加到最大載荷后再分級卸載，升程、回程都讀取位移值，取其平均值。實驗測得的扭轉剛度值為22000N·mm/deg。
從上面結果可知，扭轉剛度的仿真值與實驗值誤差在2％以內，對標性較好?；?×5mm的網格采用等效acm焊點模型可以用于白車身的扭轉剛度計算。
展開 白車身彎曲剛度分析 ￥1
4 白車身彎曲剛度分析邊界條件
對設計車 QQ 施加邊界條件：在前懸架與車身連接處約束 X、Y、Z 移動自由度，三
個子工況分別約束后懸架板簧前吊耳鉸接處、兩吊耳中間限位支架處、板簧后吊耳鉸接處
Y、Z 移動自由度，與前懸架的約束組成整個白車身的約束；在每個子工況中，找到縱梁
上位于前后約束 X 方向的中心位置，施加左右各 4000N，共 8000N 的集中載荷。
白車身彎扭剛度仿真分析
這邊有一個白車身模型，網格劃分已經完成了，扭轉剛度分析也完成了，需要進行一個彎曲剛度仿真分析，還有個一個優化解決方案，需要一同實驗，有償幫助
基于Hyperworks白車身彎曲剛度仿真分析 ￥12
白車身靜態彎曲剛度是衡量白車身結構強度的重要指標之一，也是整車開發的一項重要指標，它決定了車輛在外力作用下抵抗變形破壞的能力，同時也對整車耐久性能、碰撞安全性能、操穩性能和NVH性能等都有著顯著的影響。隨著車身結構設計的發展,白車身剛度分析的研究也越來越深入，較高的車身彎曲剛度可獲得更好的整車可靠性。
圖1 白車身彎曲剛度分析結果
圖2 彎曲剛度分析結果（z向位移圖）
彎曲剛度計算公式：
該白車身的彎曲剛度值為10435.69N/mm
凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對本案例中的操作問題我將免費為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
展開 【SIMU圖文教程】_06_白車身模態和剛度提升方法
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。
展開 駕駛室白車身重要安裝點剛度分析規范 ￥10
駕駛室白車身重要安裝點剛度分析規范
轉載，一分鐘搞定斷面剛度分析
白車身剛度是評價車輛設計可靠性和整車安全性能的重要指標，白車身扭轉剛度和彎曲剛度分析是整車開發設計過程中必不可少的環節。作為白車身骨架的地板縱梁、側圍、前、中、后柱，上邊梁，門檻梁和頂蓋前后橫梁等構成一個個閉合型腔，支撐起整個車身。白車身剛度主要由型腔的斷面即車身結構主斷面的幾何特性所決定。因此，車身結構主斷面幾何特性對白車身剛度的影響，對于改進車身結構，改善車輛強度剛度狀況，提高車輛安全性和可靠性具有重要的實際工程意義。
以前使用HyperMesh進行斷面剛度的計算比較繁瑣，流程較多，操作比較復雜。此次使用ANSA可快速計算斷面剛度，以車門為例進行說明，流程如下：
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