白車身靈敏度的案例
基于靈敏度分析的白車身尺寸優化
1案例背景：
白車身剛度一般用靜態剛度和動態剛度來表示，靜態剛度主要有車身彎曲剛度和扭轉剛度兩個方面，動態剛度主要體現在車身模態頻率和振型上。由圖1不難看出，白車身對于整車彎扭剛度的貢獻率均高于60%，所以白車身剛度是滿足車身結構力學要求的基礎，合理的靜態剛度是保證車身裝配準確、使用正常和疲勞壽命的前提。白車身剛度影響著汽車操縱穩定性、舒適性、行駛平順性以及NVH等各項性能。 同時汽車輕量化也是近些年來汽車人一直在追求的目標。因此在保證白車身性能滿足各項指標要求時，盡可能降低車身質量，既能節省材料成本，也能降低汽車行駛中的油耗。所以本案例以某汽車白車身為例，基于靈敏度分析，以彎扭剛度性能為約束，以質量最小為目標，對其進行鈑金結構的尺寸優化。
圖1 汽車部件剛度貢獻率
2.彎扭剛度以及模態分析過程
由于汽車白車身包含很多細節結構，一些細節或者細小零件對于車身整體性能影響不大，但是會增加仿真的復雜程度，因此根據簡化要求，對某車型白車身進行簡化處理，如圖2所示。并按照一般企業流程，對幾何模型進行有限元前處理，規范如圖3所示，有限元模型如圖4所示。
展開 Hypermesh/Optistruct對車身鈑金件厚度靈敏度分析結果輸出設置方法 ￥1
Optistruct對車身鈑金件厚度靈敏度分析結果輸出設置方法：靈敏度的輸出結果有三種形式：1、Sensitivity output in Microsoft Excel SYLK format.生成：slk文件，直接用excel打開就可以看。對應的關鍵字：Sensitivity或者SENSOUT，結果如下圖。
方法2：結果形式
方法3：結果形式
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 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 
