车身主断面性能设计分析方法的研究

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1、车身主断面性能设计分析方法的研究车身主断面性能设计分析方法的研究朱德霞，胡斯博，丁神(北京汽车研究总院有限公司，北京101300)摘要：文中阐述了主断面结构性能对车身结构性能的影响以及主断面性能设计的重要性。从主断面设计角度提出主断面性能设计的分析方法和评价指标。结合某车型侧围上关键主断面的性能设计应用实例加以分析，利用成熟标杆车型的性能参数修正优化主断面结构设计及车身结构设计，并在后续的CAE分析、样车验证中证明，此分析方法是有效的、切实可行的。关键词：主断面；惯性矩；弹性截面模量中图分类号：U463．82文献标志码：AO引言白车身刚度是评价车辆设计可靠

2、性和整车安全性能的重要指标，白车身刚度、强度分析是车身设计开发中必不可少的环节。白车身由白车身骨架及外部的覆盖件构成，其中，白车身骨架是由地板纵梁、侧围前中后柱、上边梁、门槛梁和顶盖前后横梁等关键部位构成一个个闭合框架；白车身性能主要由这些关键部位闭合框架的断面结构所决定【2J，即车身关键部位主断面结构性能决定白车身性能。车身主断面设计是指导车身结构设计的重要依据，对于改进车身结构，改善车辆刚度强度状况，提高车辆安全性和可靠性具有重要的实际工程意义。通常在车身结构设计前就需完成车身主断面设计。受技术水平等原因限制，国内汽车公司的CAE部门在车身主断面设计阶

3、段一般介入较少，车身主断面性能设计主要依靠车身工程师的经验和对比标杆车的主断面结构进行确定，在后续结构设计、CAE仿真分析和样车验证阶段常出现因白车身性能不足而反复更改。为此，如果能在车身主断面设计同时开始进行前期的有效的性能分析并积累相关的设计经验和分析数据，有利于缩短后续结构设计、仿真分析和样车验证周期，同时为车身结构性能优化设计提供了依据。文中梳理并提出了适合目前国内设计部门使用的车身主断面性能设计分析方法，提炼了关键主断面设计参数，并以某车型侧围上关键主断面实例加以说明。1车身主断面性能设计分析方法白车身结构属于空间板壳结构，利用简单的经验设计难以

4、保证白车身的刚度强度性能指标。在白车身设计的初期对白车身的关键主断面进行校核，可以避免结构设计完成后进行不必要的结构更改。关键主断面的几何特性决定了车身主要承载结构的特性，车身主断面的几何特性(即性能参数)包括截面形状和大小，与之相关的物理量是截面面积S和截面主惯性矩朋铂弹性截面模量z。截面面积、截面主惯性矩、弹性截面模量是计算截面性能的主要参数，是影响白车身结构性能特性的重要因素[3】。截面主惯性矩J决定了主断面处白车身的刚度【4J，数值越大越好；弹性截面模量z决定了主断面处白车身的强度，数值越大越好；断面料厚面积彳决定了主断面区域的车身质量，数值越小越

5、好。表1列出主断面的主要性能参数及对断面性能的影响。·127·2013年北京汽车工程学会学术年会论文集1．1主断面设计分析步骤首先，选取标杆车型以及相关关键主断面；再次，计算主断面的性能参数；最后，通过对比分析相同位置主断面性能参数，优化设计车型主断面。在主断面设计阶段运用此分析方法可提高主断面性能设计质量，为后续分析验证缩短周期，在车身结构设计时可用此分析方法初步检验车身结构性能的好坏。1．2主断面分析模型建立选取对车身结构性能影响比较大的主断面，如A、B、C柱、上边梁、门槛等部位。在主断面分析前需要对3D主断面数据进行预处理。如：将主断面中各零件断面填

6、充成面，并去除断面边缘的焊接法兰边部分，保留到圆角区域。如果断面中有孔，需要忽略孔的存在，做成封闭曲线，并填充成面，如图1所示。零件断面填充成面去除焊接法兰边∥／7}}f’。，／4≈7图1某车型A柱主断面预处理示意图1．3主断面形心、转轴的确定主断面的形心、转轴的确定方法主要分为以断面形状为依据和以坐标轴为依据2种，根据主断面的主要受力方向以及不同测量目的确定选择哪种方式。主断面形心即主断面数据的质心，必须要在预处理后的主断面上测得。以A柱和B柱的两主断面进行举例说明。对于A柱部位的主断面，主断面形心、转轴要以断面形状为依据进行确定，过质心G，平行于门洞焊

7、接法兰边方向为1轴，在断面所在位置平面内，过质心做1轴的垂线为2轴，如图2所示(质心通过测量工具获得)；对于B柱部位的主断面，主断面形心、转轴要以坐标轴为依据进行确定，在断面所在平面上，通过质心平行予整车坐标砑平面的直线为1轴，在断面所在平面，过质心垂直于1轴的方向为2轴，如图3所示；对二f其它位置主断面形心、转轴的确定，要根据其主要受力方向、·128·车身主断面性能设计分析方法的研究断面形状、坐标轴方向，合理选择以上2种方法确定其形心、转轴。厂卯、≯■爻u飞√陟门撇§—-——'～N2轴j}浪》兰边Y●1轴1轴图2A柱卜部主断面形心、转轴图3B柱主断面形心

8、、转轴1．4主断面性能参数计算对于确定好形心、转轴的主断面，需要对