弯曲刚度,车身弯扭刚度分析方法探讨

一、白车身弯扭刚度分析的目的

车身刚度主要分为整体刚度和局部刚度,而车身弯曲及扭转刚度设计是车身NVH性能的基础。与整车动力学相、整车NVH性能、疲劳耐久和操稳性能等密切相关。

《车身弯曲及扭转刚度目标值确定方法探讨》一文中详细介绍了车身弯曲及扭转刚度目标值定义的由来。一般情况下,白车身的弯曲刚度目标来源主要是整车弯曲模态,扭转刚度目标来源主要是操纵稳定性(悬架侧倾刚度有关)和整车扭转模态。白车身的弯曲刚度不足时,可能会导致车身弯曲模态低,易与其他系统共振,影响整车NVH性能及整车耐久等;而白车身扭转刚度不足时,可能导致整车异响,门洞产生较大的变形量,以至于门关不上,影响整车的动态密封性能等,白车身扭转刚度对整车操稳性能也有明显影响。

一般,通过合理的整车模态匹配和车身振型调制等方法,设计开发车身结构的整体和局部刚度,以达到良好的整车振动水平和操稳性能。

二、车身弯扭刚度与整车NVH的关系

(1)一般来说,车身刚度越高, NVH性能会越好;

(2) 随着时代的发展,车身的刚度越来越高;

(3)高刚度和轻量化指标成为车身开发中日益发展的趋势。

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三、白车身弯转刚度的常用分析方法

(1)通过查阅相关文献及资料,白车身的弯曲及扭转刚度计算方法较多,每个车企不尽相同,对刚度结果的读取及评判也有不同的方法和参考。

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(2)弯曲刚度计算,一般取车身两侧位移的平均值作为车身的位移值,同时还需要考虑到车身安装点局部刚度的影响,取修正后的最大位移来计算车身的弯曲刚度值。

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上式中,

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分别为左右两侧未修正前的最大位移值。

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上式中,

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分别为前后支撑点位移平均值,L为前后支撑点距离,X为加载点的纵坐标。

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上式中,

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为修正后的弯曲刚度值。

(3)扭转刚度计算,左侧前支撑点的扭转角插值为:

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上式中,

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为支撑前、后纵梁未修正扭转角,

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为前支撑点纵向位置,

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为支撑前、后前测点的纵向坐标。

左侧后支撑点的扭转角插值为:

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左侧扭转刚度为:

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右侧扭转刚度与左侧相同。整体扭转刚度为:

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四、白车身弯扭刚度提升方法简略

在白车身弯曲和扭转刚度分析过程中,大部分都需要优化,以达到预期的目标或参考值。白车身弯扭刚度提升方法比较多,如接头法、截面法、对标法、应变能法、灵敏度法等。在实际工程中灵敏度法、应变能法应用相对较多,而且效果非常明显。

(1)截面刚度-根据截面形状及相关特性,考虑提升截面刚度。

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(2)接头刚度-通过对标相应的接头刚度进行提升白车身弯扭刚度,可通过接头灵敏度识别关键接头。

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(3)粘接刚度-随着工业胶在汽车中的大量应用,可通过增加结构胶或膨胀胶来提升白车身弯扭刚度,这种方法在实际工程中有时效果非常明显。

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五、小结

(1)白车身的弯曲刚度和扭转刚度与加载方式、边界条件、结果取值及计算方式等因素有关,且结果会有一定的差异;

(2)一般情况下,BIP相对BIW的车身扭转刚度约有20-25%的提升,具体数值与各车型结构、电池包及安装方式有关;

(3)BIP带上电池包相对BIP的车身弯曲和扭转刚度分别约有25-40%的提升,具体数值与各车型结构、电池包及安装方式有关;

(4)前副车架对车身的弯曲刚度及扭转刚度影响较小,约在5%以内,具体数值与副车架结构及安装方式有关。

(5)随着科技的发展,特别铝合金在车身的大量应用,有些车身弯曲及扭转刚度达到非常规的数值;

(6)纵然白车身的弯曲及扭转刚度计算方法多种,建议在计算时考虑局部刚度的影响,或许其计算结果更具有工程参考意义。

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