基于弯曲刚度和扭转刚度的白车身优化分析-湖北汽车工业学院

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1、万方数据2008年8月第27卷第8期机械科学与技术MechanicalScienceandTechnologyforAem8paceEngineeringAugIl8t2008V01．27No．8王志亮基于弯曲刚度和扭转刚度的白车身优化分析王志亮，刘波，马莎莎，曹洪娜(河北工业大学机械工程学院，天津300130)摘要：随着全球能源的日益紧缺和扣制造成本增加，汽车轻量化设计已经成为汽车制造商的主流设计。为了降低白车身的重量，提出了基于刚度灵敏度的方法来实现减重。以处在开发的中后期的某款车为例，利用有限元软件Nastran进行了计算和分析。综合质量灵敏度、刚度灵

2、敏度和优化板件的数量。提出了两种优化方案。并考虑到汽车处在的开发阶段、成本以及整车性能，选取了最佳的优化方案，在不降低汽车性能或者性能降低较小的情况下，实现了车辆的轻量化。最后对优化方案的选用原则和要求进行了总结。关键词：弯曲刚度；扭转刚度；优化分析；灵敏性分析中图分类号：U461．8；U462．2+4文献标识码：A文章编号：1003-8728(2008)08-102l国4OnBody—in-wlliteoptimizationBasedonBendingSti胁essandTorsionalStiffhessWangZhiliang，LiuBo，MaSha

3、sha，CaoHongna(SchoolofMechanicalEngineering，HebeiUnive玛ityofTechnology，Tianjin300130)Abstract：AsolutiontoBIW(Body-in-White)lightweighti8proposedba8edonsti蠡fness8ensitivity．Taking8carwhichislateintlIedeVelopment88anexample，thesolutionforweightreductioni8analyzedbyusingthefiniteele．m

4、entmethod．Consideringthequalitysensitivity，the8tifhes8sensitivityandthenumberofoptimalplate8，twoop-timizationscheme8areproposed．Thebe8toptimization8chemei88electedbybalancingthedevelopment8tageofVehicle，tllemanufacturingcostsandthevehicleped-omance．This8chemerealize8theauto—bodylig

5、htweightwith·outloweringtheVehicleperfbmance．Keywords：bending8tif孙ess；torsionalstifhe8s；optimization；body—in—white为了提高燃油效率和降低制造成本，汽车轻量化设计已经成为汽车设计的主流。而汽车车身结构约占汽车总质量的30％，对汽车本身来说，约70％的油耗是用在车身质量上，因此对车身质量进行轻量化设计，对减少有害气体及颗粒的排放、提高整车燃料经济性和汽车的市场竞争力具有重要的意义。汽车轻量化设计是以降低车的某些性能为代价的，如整车刚度、模态和车内外振

6、动噪声等，如果在轻量化设计中，把车身刚度值控制在合理的范围内，势必会减少轻量化设计对车身性能的影响作用。因收稿日期：2007一10—22作者简介：王志亮(1974一)．博士研究生，研究方向为汽车NVH与车身优化。opti。h8pe@126．com为车身模态、板件振动及内部噪声特性都可以直接或间接地通过刚度体现出来。因此。在对车身轻量化设计中，把车身刚度值作为轻量化设计的约束条件是保证其他相关性能不明显减低的重要手段。白车身刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度。弯曲刚度可用车身在铅垂载荷作用下产生的挠度大小来描述，或者用单位轴距长度最大挠度量评价。扭转刚度可以用车身

7、在扭转载荷作用下产生的扭转角大小来描述，或用单位轴距长度轴间相对扭转角评价‘¨。l优化分析的数学模型建立1．1优化模型建立现代轿车车身多数采用承载式结构，该结构在很万方数据机械科学与技术第27卷大程度上能够满足设计的轻量化要求。承载式车身几乎承载了轿车行驶过程中所有类型的载荷，如扭转、弯曲和碰撞载荷等。在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性则尤显重要。车身刚度不合理，将直接影响轿车的可靠性、安全性、动力响应特性、NVH性能及燃油经济性等关键性指标。而轿车白车身结构静态刚度分析一直为国内外汽车界所重视。因此，优化分析以刚度为约束条件具有重要的意义。对以刚度为约

8、束条件的白车身优化分析，通常是以减少或增加板件的厚度