汽車白車身的案例
如何理解和區分汽車白車身的一階與二階模態？
一階模態振型
對于汽車白車身來說，一階模態通常指的是整個車身圍繞其重心軸線的均勻扭轉或者整體的彎曲。
在一階扭轉模態中，車身會表現出一個統一的扭轉形態，從車頭到車尾，沒有中間部分保持靜止或在相反方向扭轉的現象。這種模態在整個車身長度上是連續的，且沒有明顯的節點。
而在一階彎曲模態中，車身像一個彈性梁一樣，從一端到另一端呈現出單一的彎曲形狀，沒有反方向彎曲的區域，整體彎曲如同一個最簡單的弧線。
2. 二階模態振型
二階模態相較于一階模態來說，更加復雜。它涉及到更高層次的結構振動，其特征是在結構的振型中至少存在一個節點。
在二階扭轉模態中，白車身的振型會在至少一個軸線上展現出相反方向的扭轉，形成一個或多個節點。這些節點是車身扭轉振動幅度最小或為零的點，使得車身在節點兩側的部分以相反方向扭轉。
對于二階彎曲模態，同樣會觀察到至少有一個節點，使得車身在該節點兩側的部分呈現出相反的彎曲方向，類似于“S”形的振型。
3. 如何區分
區分一階和二階模態的關鍵在于觀察振型中的連續性和對稱性，以及節點的位置和數量。
在扭轉模態中，一階模態振型通常沒有節點，而二階模態至少有一個節點，如下圖1。
在彎曲模態中，一階模態是連續彎曲的，沒有反向彎曲；而二階模態則有一個節點，且在節點兩側彎曲方向相反，如下圖2。
工程師可以通過后處理軟件的可視化工具，詳細觀察每一個模態的特性，從而進行準確的識別。
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準確之處，請您不吝賜教。
個人學習總結，整理不易，未經本人允許請勿搬運。數值錯誤在工程計算中常常源于單位不一致。為防止這類錯誤，應遵循以下原則：
堅持在同一問題中使用統一的單位制。
提升對各個單位物理含義的理解，并深入思考這些含義。
展開 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 基于 OptiStruct 的白車身拓撲優化研究
摘 要：本文以柔度最小化為目標建立了汽車白車身拓撲優化模型，采用的優化工具為 OptiStruct， 分析工況包括彎曲剛度、扭轉剛度、正面碰撞、后面碰撞和側面碰撞，目的是考察拓撲優化技術在車 身架構前期開發中應用的可行性。
關鍵字：白車身 拓撲優化 加權柔度 OptiStruct 載荷傳遞路徑
1 概述
中國汽車自主品牌經過近十多年的發展，開發水平從早期的抄襲模仿，逐步轉向正向設計，車型 研發的領域逐步提前到前期開發階段。在車身架構的前期開發階段，可以利用拓撲優化技術探索載荷 傳遞路徑，從而為后期的工程開發提供合理的車身架構[1-2]，避免出現重大的設計失誤，同時降低設 計成本，提高研發速度。本文根據某車型的上一代車身架構，在 HyperMesh 中建立拓撲優化模型， 利用拓撲優技術獲取前期車身架構，拓撲優化工具采用 OptiStruct 求解器，目的是考察拓撲優化技術 在車身架構前期開發中應用的可行性。
2 模型描述
根據某車型的上一代白車身有限元模型（如圖 1 所示），建立白車身拓撲模型（如圖 2 所示）， 由于水箱橫梁總成對本次拓撲優化分析工況（剛度工況和碰撞工況）的影響較小，該部分總成沒有建 立拓撲模型。考慮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定為非 設計空間，其余網格均作為設計空間。為了方便優化過程控制，分為若干區域并分別賦予不同的屬性， 再施加約束和載荷，建立拓撲優化的有限元模型，如圖 2 所示。
展開 一堆汽車沖壓件是如何演變成汽車車身的
那么，運用這些保持工藝，零星的沖壓件是怎么一步一步保持成為一個完整的白車身的呢，首先我們看一下一個汽車白車身的組成，大體能夠分為下部底板、側圍、頂蓋、車門、動員機罩和行李箱蓋這幾個部門。焊裝車間的工藝順序一樣是，將小零件進行焊接，成為一個個的小總成，譬喻說：側圍就是由側圍內板、側圍外板和各類橫梁增強件焊接而成的；然后經由將拼裝焊接的體式把這一個個的小總成拼焊成為更大的總成。
法拉第未來首臺電動車FF 91白車身完工 12月或可交付
據外媒報道，當地時間7月30日，法拉第未來（FF）宣布，第一輛FF 91多功能網聯豪華電動汽車的白車身（BiW）已經完工，而且已經成功開始整車裝配，比原計劃抵達新FF加州漢福德工廠的時間早兩天。
2017年1月，FF 91在拉斯維加斯舉行的消費電子展首次公開亮相，在各種條件下經過了兩年多的密集驗證試驗，以確保最終產品可以超出最挑剔VIP用戶的期望。
FF白車身工裝設備經理Hector Padilla，負責監督現場的整個過程，報告說：“看到我們團隊合作一心，努力完成FF 91，確實鼓舞人心。并不是我們在逼迫別人做事，而是每個人都渴望這么做，因為大家想看到整車成為現實。”
FF 91白車身基本只是一個原始底盤，在配置動力系統、裝飾或涂料之前，只是將其焊接或是組裝在了一起。法拉第解釋說，FF 91使用了1,500多個自穿孔鉚釘，可將鋁結構固定在一起。法拉第還掌握了將鋁焊接到鋼材的高難度技術，并且將“傳感”扭矩工具應用于生產過程，以提高可追溯性、防錯性以及精確性。
法拉第FF 91早期用戶（又名“FF未來主義者”）2018年就可以開始預訂此車，首批FF 91交付預計將于今年12月開始到2019年中期完成。
來源：蓋世汽車網
展開 基于HyperWorks焊點等效方法在白車身分析中研究
來源：Altair論文集 作者：陸志成
關鍵字：OptiStruct ACM焊點 白車身模態 扭轉剛度 彎曲剛度
本文首先從焊點對單個零件的影響進行分析，包括焊點類型及焊點等效方法的研究，通過與實驗進行對標，從而定義合理的焊點模擬形式，并將該焊點模擬形式及等效形式應用于整個白車身，分析其模態、彎曲剛度及扭轉剛度。
1 引言
汽車在不同的路面上行駛時，需要承受各種載荷的作用。車身剛度性能的好壞會直接影響汽車的行駛性能，例如，剛度不足會影響到車廂的密封性能，及汽車的NVH性能，甚至會影響到碰撞性能，因為汽車發生碰撞時，過大的車身變形會造成車門卡死、玻璃破碎等現象，進而威脅到駕駛艙中人員的安全。所以，車身結構剛度是車身性能評價的一個非常重要的指標。
在CAE領域，一個系統的研究涉及的工況較多，有時需要建立多套CAE網格模型，需要很多的人力成本、建模成本，模型管理起來也不方便。本文首先從焊點對單個零件的影響進行分析，包括焊點類型及焊點等效方法的研究，通過與實驗進行對標，從而定義合理的焊點模擬形式，并將該焊點模擬形式及等效形式應用于整個白車身，分析其模態、彎曲剛度及扭轉剛度。
2 焊點類型的研究
轎車的白車身主要由大量的覆蓋件焊接而成，在CAE分析中，焊點的模擬方式種類很多，常用的焊點模擬類型有RBE2、BAR、CWELD、ACM，而選擇不同的焊點模擬方式得到的仿真結果是有差異的。因此，首先建立一個簡單的梁模型，通過14個焊點連接，網格尺寸大小采用20×20mm，仿真模型如圖1所示，比較4種焊點的結果差異，從表1中可知，20×20mm的網格，ACM與實驗值對標最好，后續分析將基于ACM焊點類型進行研究。
展開 汽車白車身BIW（body in white）指什么？
“白車身”是汽車設計和生產制造過程中的概念，是完成焊接但未涂裝之前的車身，不包括四門兩蓋等運動件。即車輛的鋼鐵或鋁合金骨架結構，它構成了整個車輛的骨架框架，為車輛提供了結構強度和支撐。
這種未經裝飾的車身結構通常呈現出金屬原色，因此被稱為“白車身”。
BIW是汽車制造的關鍵組成部分，負責支持引擎、底盤、懸掛系統、車身外殼以及內部組件，同時也影響了車輛的性能、安全性和駕駛體驗。
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收費內容是模型：Trim_body.hm 自行下載
模型大致如圖所示：整車圖與爆炸圖
尺寸公差分析軟件3DCS在汽車白車身上的應用
國內某汽車廠在使用3DCS進行白車身第一輪偏差分析時，發現后蓋與側圍之間的面差嚴重超差，遠遠不符合DTS要求，然后后工程師通過3DCS敏感度分析結果，找到造成該結果的貢獻因子。對貢獻度最大的公差進行優化后再分析，超差率明顯下降，公差優化得到了顯著的效果。
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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
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 PERA SIM Mechanical在汽車行業的應用
因此，在車身設計過程中，必須保證車身結構的剛度性能滿足要求，再對其針對強度、疲勞、碰撞安全性、NVH 等進行優化，以設計出安全可靠的汽車車身。
因此，本案例基于PERA SIM PreMech對白車身進行模型的前后處理工作，并通過PERA SIM Mechanical進行模型的求解計算，完成白車身高質量有限元模型的建立，并進行汽車白車身扭轉剛度的計算。
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
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。所有的FMT車身部件，包括前部子結構、底板、后部子結構都運用卡板模擬的經驗完成了彎曲造型。完整的FMT 白車身設計完全應用鋁合金和結構粘結劑。
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 探秘蔚來ES8全鋁車身生產線，白車身用7種連接技術
蔚來南京整車試制線
值得注意的是，12月28日，蔚來與廣汽達成合作，廣汽集團公司及全資子公司廣汽新能源汽車有限公司，與蔚來、湖北長江蔚來新能源產業發展基金合伙企業，共同出資設立廣汽蔚來新能源汽車有限公司。更早之前，蔚來與長安汽車達成戰略合作協議。
汽車車身覆蓋件技術現狀和制造工藝發展
因為其焊接質量好、耗時短、節省材料、焊接件不易變形的優勢被廣泛使用于汽車車身焊接。
焊接也會對產品造成一定的質量影響，因此對焊接也進行一定的技術優化。趙建姣等將激光飛行焊接技術應用到白車身車門，飛行焊接指的是激光焊頭通過CAN總線的方式與機器人通訊，實現激光飛行焊接的功能。通過試驗證明了飛行激光焊接的可行性，也獲取了相應的影響參數，為此技術的發展提供了優化方向。
鉚接比焊接在車身上的應用較少，主要有自穿釘鉚接、無鉚釘自穿鉚接和壓力穿刺鉚。目前中國重汽集團將螺母沖鉚工藝應用到汽車白車身連接工藝中，驗證了此工藝裝配精度高、工件變形小、節能環保、易于實現自動化目的。
粘接車身技術是用結構膠粘實現車身粘接。結構膠指強度高、能承受較大荷載，且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕，并在預期壽命內性能穩定、適用于承受大載荷結構件粘接的膠粘劑。張士展等對車身結構膠性能進行了仿真，通過多種試驗對結構膠失效進行模擬驗證。結構膠常常用于車上的塑料件粘接，在車身連接制造技術上的應用仍處于探索階段。
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