車身剛度
關(guān)注創(chuàng)建者：Tim.Ding 創(chuàng)建時間：2020-05-11
車身剛度的視頻教程
基于NASTRAN的白車身彎曲剛度分析基于結(jié)果數(shù)據(jù)后處理教程
基于NASTRAN的白車身模態(tài)分析基于結(jié)果數(shù)據(jù)后處理教程，主要內(nèi)容包括： 基于Hypermesh白車身彎曲剛度分析； 基于Hyperview四門兩蓋開口變形量數(shù)據(jù)分析處理； 基于Hyperview車身彎曲剛度變化曲線的繪制與分析。 本次分享為以往彎曲剛度內(nèi)容的增加版。增加了2與3兩個知識點。
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白車身扭轉(zhuǎn)剛度靈敏度分析
主要介紹下汽車行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的白車身扭轉(zhuǎn)剛度靈敏度分析，這個也是我之前列的汽車行業(yè)入門課程中的其中一節(jié)。 然后附件是2018年歐洲車身會議Audi A6/7 的官方技術(shù)展示，剛?cè)胄衅嚨呐笥芽梢钥纯础?/p>
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車身模態(tài)、剛度分析與優(yōu)化
自由模態(tài)計算及結(jié)果解讀與優(yōu)化 扭轉(zhuǎn)剛度計算及結(jié)果解讀與優(yōu)化 多工況模型搭建：Nastran頭文件方法 TCL二次開發(fā)快速搭建工況及結(jié)果處理
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車身剛度的實例教程
車身整體剛度的定義
車身整體剛度是整車NVH性能與品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。車身整體剛度是指車身在受到外力的作用下抵抗彈性變形的的能力，它影響到車身抵抗低頻噪音振動的能力。
其中車身的整體彎曲與整體扭轉(zhuǎn)是車身變形的兩種主要形式，對應(yīng)的剛度為：
1、彎曲剛度，外載荷與彎曲位移的比值，單位 N/mm；
2、扭轉(zhuǎn)剛度，外扭矩與扭轉(zhuǎn)角的比值，單位 KN.m/rad.
按照車身的分類，車身剛度又分為：白車身剛度，內(nèi)飾車身剛度與整車剛度（均包含彎曲扭轉(zhuǎn)剛度），一般在進(jìn)行車身剛度仿真分析的過程中，我們主要從白車身入手，計算分析以及優(yōu)化白車身的剛度，這是由于白車身是內(nèi)飾車身與整車車身的基礎(chǔ)，相當(dāng)于把底子做好了，整車的整體剛度也不會差。
車身整體剛度降低帶來的風(fēng)險
1、異響：車身整體剛度不足會導(dǎo)致汽車在不平整路面行駛或受到?jīng)_擊（如泥洼坑路）時產(chǎn)生大變形，大變形會致使部件之間發(fā)生碰撞摩擦，產(chǎn)生異響。比如車身變形過大，與車門變形存在嚴(yán)重不一致時，車身就會與車門發(fā)生碰撞，發(fā)出“嗒嗒”，”咯咯” 的異響聲。
2、NVH問題：當(dāng)車身整體剛度不足的時候，整車的模態(tài)頻率會偏低，抵抗低頻振動的能力較弱，容易與外界激勵頻率發(fā)生共振；而且當(dāng)汽車在高速行駛的時候，由于空氣阻力的作用，車身整體剛度不足會導(dǎo)致車身產(chǎn)生大變形，與車門之間形成動態(tài)密封不良，形成縫隙，產(chǎn)生風(fēng)噪。
3、可靠性問題：車身整體剛度是決定疲勞強度的重要因素之一。
4、碰撞安全問題：車身剛度會給碰撞吸能與行人保護(hù)帶來影響。碰撞與NVH在剛度要求上有些情況是一致，有些卻不同。
車身剛度與NVH性能的關(guān)系
車身整體剛度不足，直接導(dǎo)致NVH性能的下降，它將帶來很多其他的噪音振動問題，比如說低頻轟鳴聲。下圖為汽車以 40km/h 速度在粗糙路面行駛，車身整體剛度與車內(nèi)噪音的總體關(guān)系。
展開 白車身剛度是整車性能開發(fā)的一個重要指標(biāo)，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(biāo)均有關(guān)聯(lián)，如耐久性能、碰撞安全性能、操穩(wěn)性能和NVH性能等。而白車身彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度是反映白車身剛度的兩項重要性能指標(biāo)。當(dāng)前的主流輕量化設(shè)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(zhuǎn)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(shè)計指標(biāo)—輕量化系數(shù)，就是根據(jù)白車身扭轉(zhuǎn)剛度、白車身質(zhì)量、軸距和輪距計算得到的。
圖1 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果
輕量化系數(shù)公式：
圖2 輕量化參數(shù)的示意圖
圖3 扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果（z向位移圖）
利用OptiStruct求解器計算BIW的扭轉(zhuǎn)剛度，采用的加載工況和約束條件，及根據(jù)仿真分析的結(jié)果計算得到該白車身扭轉(zhuǎn)剛度值，白車身輕量化系數(shù)，詳情見收費內(nèi)容部分。
該白車身的扭轉(zhuǎn)剛度為8377.033N?m/deg，白車身輕量化系數(shù)為1.192。
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 、選擇約束和加載，進(jìn)行白車身剛度分析；
2、針對白車身扭轉(zhuǎn)與彎曲剛度，進(jìn)行料厚靈敏度分析；
3、輸入白車身剛度目標(biāo)值，進(jìn)行料厚與材料的白車身減重優(yōu)化；
4、根據(jù)減重優(yōu)化結(jié)果，更新白車身模型；
操作示例：
1、基于白車身剛度工況，進(jìn)行料厚與材料的白車身減重優(yōu)化；
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白車身靜態(tài)彎曲剛度是衡量白車身結(jié)構(gòu)強度的重要指標(biāo)之一，也是整車開發(fā)的一項重要指標(biāo)，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(wěn)性能和NVH性能等都有著顯著的影響。隨著車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)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(jié)果
圖2 彎曲剛度分析結(jié)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
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展開 現(xiàn)在以白車身剛度分析來驗證這條技術(shù)路徑。白車身剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度，是整車的重要性能指標(biāo)。
白車身扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度加載方式如下
白車身扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度計算公式是：扭轉(zhuǎn)剛度=扭矩/扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)（整車尺寸、接頭形式、關(guān)鍵斷面）和材料（鋼、鋁合金、碳纖維）。為了減少計算規(guī)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(fā)語言是Python。
示例中鈑金件數(shù)為368個，對應(yīng)同樣數(shù)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(shù)量巨大，根本不可能用CAE軟件計算一遍，因此首先需要進(jìn)行靈敏度分析，篩選出12個料厚變量（對應(yīng)21個件，因為對稱件料厚是一致的）。相對于2^200個方案，現(xiàn)在只需要計算2^12=4096個方案即可。實際應(yīng)用中，如果不屬于這21個件范圍內(nèi)的部件料厚改變，可以直接認(rèn)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(jié)果輸入到機器學(xué)習(xí)程序中進(jìn)行訓(xùn)練，輸出規(guī)則模型并保存。
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車身剛度的最新內(nèi)容
白車身彎扭剛度仿真分析13天前
這邊有一個白車身模型，網(wǎng)格劃分已經(jīng)完成了，扭轉(zhuǎn)剛度分析也完成了，需要進(jìn)行一個彎曲剛度仿真分析，還有個一個優(yōu)化解決方案，需要一同實驗，有償幫助
比如，焊點開裂會削弱車身剛度，最多可能降低15%，進(jìn)而引發(fā)異響甚至客戶投訴，嚴(yán)重時需召回車輛，帶來巨額成本。相比之下，若將這筆成本投入到AI基礎(chǔ)設(shè)施和軟件系統(tǒng)的建設(shè)中，不僅能實現(xiàn)焊點實時監(jiān)測和預(yù)警，還能輔助質(zhì)量檢測和傳感器監(jiān)控。
一家車企在應(yīng)對焊接問題時，在焊槍中安裝了高精度傳感器，采集焊接時的各項參數(shù)，并基于歷史數(shù)據(jù)建立焊點分類模型。
例如白車身扭轉(zhuǎn)剛度與模態(tài)分析，傳統(tǒng)有限元前處理 7 天，SimSolid 只需 8 分鐘完成建模。
? 4. 分析類型全面
涵蓋靜力學(xué)（線性/非線性）、動力學(xué)、模態(tài)、瞬態(tài)、譜分析、隨機振動、頻響、熱分析（穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)）、疲勞分析等，與主流有限元功能覆蓋一致，但效率提升可達(dá)百倍。
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例如白車身扭轉(zhuǎn)剛度與模態(tài)分析，傳統(tǒng)有限元前處理 7 天，SimSolid 只需 8 分鐘完成建模。
? 4. 分析類型全面
涵蓋靜力學(xué)（線性/非線性）、動力學(xué)、模態(tài)、瞬態(tài)、譜分析、隨機振動、頻響、熱分析（穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)）、疲勞分析等，與主流有限元功能覆蓋一致，但效率提升可達(dá)百倍。
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駕駛室白車身重要安裝點剛度分析規(guī)范
這種問題可能導(dǎo)致車身結(jié)構(gòu)變化、力傳遞異常，進(jìn)而引發(fā)車身剛度下降，嚴(yán)重時降幅達(dá) 15%。車輛行駛時可能出現(xiàn)異響，引發(fā)用戶投訴，一旦投訴率激增至 300%，企業(yè)往往不得不選擇召回，這會造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至達(dá)上千萬。
結(jié)構(gòu)膠廣泛應(yīng)用
結(jié)構(gòu)膠連接作為一種新型連接技術(shù)，具有良好的異種材料連接性能，且有利于車身輕量化、提高車輛的碰撞性能和增加車身結(jié)構(gòu)的剛度、強度和耐久性，同時結(jié)構(gòu)膠連接技術(shù)也解決了傳統(tǒng)連接技術(shù)可能產(chǎn)生的應(yīng)力集中和疲勞強度差等問題。目前，結(jié)構(gòu)膠已廣泛應(yīng)用于車身側(cè)圍、車頂、電池包支架等關(guān)鍵部位。
軟件針對傳統(tǒng)仿真軟件前處理操作繁瑣耗時、求解速度慢、后處理自動化程度低等痛點，在各環(huán)節(jié)融入智能算法，提供自動化前處理、智能加速、智能結(jié)果分析等特色功能，可應(yīng)用于白車身靜剛度分析、發(fā)動機缸體模態(tài)分析、電池包結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析等車輛結(jié)構(gòu)仿真問題。
但是，這種方法忽略車身或車架剛度支撐影響，無法準(zhǔn)確評估整車詳細(xì)模型動力系統(tǒng)解耦分布、各個懸置支撐方向的隔振率、車身或車架局部結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)對關(guān)鍵頻率的影響等；因此，當(dāng)開發(fā)過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)整車有限元模型階段時，需要將懸置系統(tǒng)開發(fā)與整車性能評估結(jié)合起來，詳細(xì)評估動力系統(tǒng)總成解耦率、隔振率等。
客車設(shè)計工程師將使用它來計算車身的整體剛度，并可視化白車身（BIW）結(jié)構(gòu)中可能承受高壓縮或高張力的部分。客車設(shè)計工程師利用SOL 400進(jìn)行高度非線性仿真，例如螺栓預(yù)緊力分析。
MSC Nastran中多種解決方案序列允許沃爾沃巴客車選擇它作為其標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)求解器。
