第四章車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)

第四章車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第1頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四第四章車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第2頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四提綱第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第3頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身在外界激勵(lì)作用下將產(chǎn)生變形，引起系統(tǒng)的振動(dòng)當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)固有頻率接近，或成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，將發(fā)生共振使乘員感到不舒適帶來噪聲部件疲勞損壞破壞車身表面的防護(hù)層和車身的密封性第4頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四汽車設(shè)計(jì)目標(biāo)——高剛度、輕重量利于懸架的支持，使車輛系統(tǒng)正常工作利于改進(jìn)振動(dòng)特性節(jié)能提高汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性高剛度、輕重量的關(guān)鍵：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)第5頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)的車身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)性能車身靜剛度車身動(dòng)剛度車身剛度最終影響汽車的目標(biāo)性能NVH（Noise、Vibration、Harshness）特性碰撞安全性車身結(jié)構(gòu)耐久性第6頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)過程：1）選定競(jìng)爭(zhēng)車型，進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析2）對(duì)新設(shè)計(jì)提出具體目標(biāo)要求3）實(shí)施車身拓?fù)錁?gòu)造技術(shù)，選擇結(jié)構(gòu)方案4）建立車身CAE模型5）結(jié)構(gòu)優(yōu)化6）試驗(yàn)驗(yàn)證7）完善化8）結(jié)論—產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全面評(píng)估第7頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身剛度整體剛度：決定于部件布置和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局部剛度：主要是安裝部位、連接部位、大面積板殼件剛度決定于局部車身結(jié)構(gòu)斷面形狀和采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等車身剛度設(shè)計(jì)是滿足車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)要求的基礎(chǔ)，一般采用如下方法剛度測(cè)試和分析車身整體剛度設(shè)計(jì)車身局部剛度第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第8頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身的剛度在整車剛度中占有很大成份整車剛度和部件剛度的貢獻(xiàn)的測(cè)量：1）整車彎曲剛度2）整車扭轉(zhuǎn)剛度3）每個(gè)部件的貢獻(xiàn)第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第9頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四對(duì)標(biāo)分析，確定車身的初步目標(biāo)剛度指標(biāo)彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度模態(tài)頻率要求第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第10頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四例：前風(fēng)窗對(duì)整車扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)達(dá)15%，對(duì)整車彎曲剛度貢獻(xiàn)為6%，加強(qiáng)A柱橫截面和頂蓋前橫梁截面，以及加強(qiáng)A柱上、下接頭的剛度很有意義地板的中間通道構(gòu)件在實(shí)例中對(duì)整車彎曲剛度貢獻(xiàn)8%，對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)7%。增加通道橫向構(gòu)件能使通道更好地起到承載結(jié)構(gòu)件的作用第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第11頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身剛度測(cè)量裝置a)測(cè)量彎曲剛度（左、右同向加載Fb）b)測(cè)量扭轉(zhuǎn)剛度（左、右反向加載Fd）第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第12頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身整體剛度指車身的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度良好的整體剛度防止結(jié)構(gòu)在載荷作用下產(chǎn)生大的變形利于汽車操縱性第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第13頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身整體剛度設(shè)計(jì)方法（一）構(gòu)造車身基本結(jié)構(gòu)并建立概念設(shè)計(jì)模型（二）車身剛度優(yōu)化第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第14頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）構(gòu)造車身基本結(jié)構(gòu)并建立概念設(shè)計(jì)模型車身基本結(jié)構(gòu)指主要用以傳遞載荷的車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)模型參考競(jìng)爭(zhēng)車型結(jié)構(gòu)考慮采用材料、工藝等先進(jìn)技術(shù)兼顧車輛總體布置和造型的要求有限元概念分析模型用以分析結(jié)構(gòu)剛度根據(jù)結(jié)構(gòu)的CAD模型建立例：PBM模型第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第15頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化通過優(yōu)化計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，直到模型的各個(gè)部分的性質(zhì)得到合理的匹配，滿足總的剛度設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)化后的模型各部分性質(zhì)就是下一步車身詳細(xì)設(shè)計(jì)的指南第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第16頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化1.優(yōu)化目標(biāo)車身剛度優(yōu)化的目標(biāo)是高剛度/輕重量高剛度靜剛度指標(biāo)車身結(jié)構(gòu)的一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率輕重量應(yīng)變能計(jì)算組件的貢獻(xiàn)分析第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第17頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化2.靈敏度和靈敏度分析構(gòu)件截面特性和接頭剛度對(duì)材料幾何尺寸變化的靈敏度結(jié)構(gòu)整體剛度對(duì)截面特性、接頭剛度或板厚變化的靈敏度選擇較靈敏的變量或部位進(jìn)行修改，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第18頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第19頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第20頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第21頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身剛度優(yōu)化3.接頭優(yōu)化①對(duì)標(biāo)確定車身NVH性能水平，并初步分派各接頭剛度指標(biāo)②參考樣車和積累的數(shù)據(jù)，進(jìn)行接頭初步構(gòu)造和尺寸選擇③建立接頭剛度約束下的板厚優(yōu)化模型④根據(jù)材料單價(jià)和重量，提出成本約束⑤基于工藝要求確定尺寸約束⑥對(duì)各接頭進(jìn)行剛度關(guān)于板厚的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)⑦迭代計(jì)算，得到可行解，輸出新的接頭總成本、重量和剛度第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第22頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四接頭優(yōu)化-實(shí)例用上述方法對(duì)車身結(jié)構(gòu)的5個(gè)接頭進(jìn)行優(yōu)化1-A柱到頂蓋2-B柱到頂蓋3-B柱到門檻4-鉸鏈柱到門檻5-A柱到鉸鏈柱）包括23個(gè)車身板零件分析目標(biāo)：低成本、滿足接頭目標(biāo)剛度要求計(jì)算接頭關(guān)于板厚的靈敏度，并對(duì)靈敏度小的零件減小板厚由于減小了一些零件的板厚，成本節(jié)約8.77美元，而接頭剛度卻有所提高第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第23頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四接頭優(yōu)化結(jié)果第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第24頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身整體剛度設(shè)計(jì)過程總結(jié)1）對(duì)競(jìng)爭(zhēng)車型測(cè)試參數(shù)；2）整車和車身剛度的匹配，并分派各子系統(tǒng)剛度指標(biāo)；3）初步構(gòu)造結(jié)構(gòu)，并建立系統(tǒng)簡(jiǎn)化分析模型；4）結(jié)構(gòu)計(jì)算研究，包括靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度計(jì)算車身一階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率通過靈敏度分析和應(yīng)變能分布圖，進(jìn)行各部件的貢獻(xiàn)分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行平衡，再布置構(gòu)件確定基本尺寸5）優(yōu)化計(jì)算6）建立細(xì)化模型，詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證性能第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第25頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四車身局部剛度指車身結(jié)構(gòu)安裝部位和服務(wù)部位的剛度懸架、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系的安裝部位拖鉤、吊掛、裝運(yùn)、千斤頂作用部位安全帶固定器安裝部位等第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第26頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）車身支承部位剛度該部位良好的局部剛度可防止載荷通過懸架、動(dòng)力總成安裝點(diǎn)進(jìn)入車身時(shí)發(fā)生大的變形一般根據(jù)車身支承件的剛度決定車身結(jié)構(gòu)支座區(qū)域的目標(biāo)剛度在車身剛度設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)支座區(qū)域剛度進(jìn)行有限元分析第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第27頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）板殼零件剛度大型板殼零件的剛度不足，易引發(fā)板的振動(dòng)，令人感覺不舒適，造成部件疲勞損壞零件剛度差會(huì)給生產(chǎn)、搬運(yùn)等都帶來困難設(shè)計(jì)板殼零件尤其要注意提高零件的剛度第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第28頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）板殼零件剛度設(shè)計(jì)上的考慮板殼零件的剛度取決于零件的板厚及形狀曲面和棱線造型、拉延成型時(shí)零件的冷作硬化在內(nèi)部大型板件上沖壓出加強(qiáng)筋若不允許出現(xiàn)加強(qiáng)筋，可在零件上貼裝加強(qiáng)板可用沉孔來加強(qiáng)剛度第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第29頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中避免受力桿件截面的突變?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要避免截面急劇變化，特別是要注意加強(qiáng)板和接頭設(shè)計(jì)時(shí)剛度的逐步變化例：第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第30頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中孔洞的設(shè)計(jì)孔洞會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中開一個(gè)大孔要比開數(shù)個(gè)小孔應(yīng)力集中更嚴(yán)重應(yīng)盡可能將孔位選在應(yīng)力較小的部位，如截面中性軸附近第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第31頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中加強(qiáng)板的合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)板太小，不足以將集中載荷通過加強(qiáng)板分散到較大的面積上；加強(qiáng)板太大則會(huì)增加質(zhì)量加強(qiáng)板厚度比被加強(qiáng)件的板料厚，但厚度不宜相差太懸殊第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第32頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中車身支承部件（前、后輪罩）的設(shè)計(jì)輪罩零件板厚分級(jí)第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第33頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析無阻尼單自由度系統(tǒng)在初始激勵(lì)作用下，將以其固有頻率在某種自然狀態(tài)下振動(dòng)多自由度系統(tǒng)固有振型、固有頻率模態(tài)分析無阻尼自由振動(dòng)系統(tǒng)的特性分析第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第34頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身振動(dòng)特性分析基于有限元法和線性振動(dòng)理論彈性系統(tǒng)的振動(dòng)方程第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第35頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析無阻尼自由振動(dòng)方程：特征方程特征方程的解固有頻率固有振型第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第36頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析1．車身整體振動(dòng)模態(tài)無阻尼線性系統(tǒng)振動(dòng)：各階固有振型的線性組合低階振型對(duì)構(gòu)件的動(dòng)力影響大于高階振型扭轉(zhuǎn)或彎曲振型第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一階彎曲兩個(gè)節(jié)點(diǎn)頻率為20~40Hz二階彎曲三個(gè)節(jié)點(diǎn)頻率為30~50Hz第37頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析1．車身整體振動(dòng)模態(tài)轎車各部分的固有振動(dòng)頻率和激振頻率的分布圖第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第38頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析1．車身整體振動(dòng)模態(tài)轎車各部分的固有振動(dòng)頻率和激振頻率的分布圖車身低階模態(tài)頻率大致在20~50Hz避免與底盤系統(tǒng)共振注意提高車身整體的剛度和部件剛度在節(jié)點(diǎn)處布置動(dòng)力總成等的懸置點(diǎn)車身裝上內(nèi)飾件后，扭轉(zhuǎn)和彎曲頻率最多可分別下降15%和25%第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第39頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析2．部件模態(tài)分析注意車身剛度分布例：轎車前車身開口部分剛度優(yōu)化各方案前五階正交模態(tài)、四種工況靜剛度對(duì)比加強(qiáng)車頭與車室連接的剛度、改變?cè)撎庉d荷路徑第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第40頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析2．部件模態(tài)分析注意車身剛度分布例：轎車前車身開口部分剛度優(yōu)化第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第41頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析3．車身板殼的局部振動(dòng)模態(tài)剛度差的大型覆蓋件易在振源激勵(lì)下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)激振頻率接近車身內(nèi)外板的固有振動(dòng)頻率時(shí)將發(fā)生板殼共振車身大型板件共振頻率通常在40~300Hz或更高的范圍板件振動(dòng)造成的輻射聲和車室內(nèi)空腔體積的變化，是產(chǎn)生車內(nèi)噪聲的重要原因例如轎車地板的共振頻率在50~60Hz左右，共振時(shí)發(fā)生敲鼓式的聲響第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第42頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析3．車身板殼的局部振動(dòng)模態(tài)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第43頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析3．車身板殼的局部振動(dòng)模態(tài)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第44頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）車身振動(dòng)響應(yīng)分析動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算系統(tǒng)在激勵(lì)下的響應(yīng)，即求方程的通解應(yīng)采用車身整備模型，并輸入激振力或道路功率譜密度響應(yīng)：速度、加速度、位移、應(yīng)力時(shí)間歷程分析（振型疊加法、直接積分法等）響應(yīng)譜分析（模態(tài)響應(yīng)、模態(tài)應(yīng)力）頻率響應(yīng)分析第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第45頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是通過振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)獲得表征結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的模態(tài)參數(shù)的一種動(dòng)態(tài)分析方法對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)測(cè)、測(cè)試和修改，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是最重要的技術(shù)之一第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第46頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析應(yīng)用第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第47頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量車身剛度和模態(tài)不是最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車的性能指標(biāo)應(yīng)體現(xiàn)在使用性能的最終綜合水平在設(shè)計(jì)的最初階段，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)車型進(jìn)行評(píng)價(jià)，并測(cè)量駕駛員界面點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)特性第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第48頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量1．主觀評(píng)價(jià)由專家實(shí)際駕駛和主觀評(píng)價(jià)的方法，評(píng)價(jià)汽車振動(dòng)性能。對(duì)主觀評(píng)價(jià)認(rèn)為最好的車型要進(jìn)行客觀測(cè)量例：某公司新蔽蓬車設(shè)計(jì)，對(duì)7種競(jìng)爭(zhēng)車型進(jìn)行評(píng)價(jià)專家駕駛競(jìng)爭(zhēng)車型，先后以低速、高速行駛于粗糙路面上評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向盤、座椅、后視鏡等駕駛員界面特征點(diǎn)振動(dòng)特性第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第49頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（一）主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量2．道路響應(yīng)測(cè)量在與主觀評(píng)價(jià)時(shí)同樣的路面上對(duì)三種車型(包括原敞蓬車、閉蓬車、硬頂D型車)的道路響應(yīng)測(cè)量結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率是影響車輛結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能和乘坐感覺的關(guān)鍵指標(biāo)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第50頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（二）確定性能指標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)車型指標(biāo)，為新車設(shè)計(jì)提供了一個(gè)清晰的動(dòng)力學(xué)性能水平。再考慮其它要求，可確定各項(xiàng)性能指標(biāo)其它性能要求：碰撞安全性耐久性布置、重量等第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第51頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（三）性能綜合綜合考慮各種要求，完成一個(gè)設(shè)計(jì)充分理解所有性能要求，關(guān)鍵在于弄清整車性能要求與部件設(shè)計(jì)參數(shù)間的關(guān)系建立基于性質(zhì)的參數(shù)化模型（PBM），可幫助弄清這個(gè)關(guān)系此設(shè)計(jì)初期的過程不能獲得確定的設(shè)計(jì)，只是為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一個(gè)初始方案第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第52頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)所提出的車身動(dòng)力學(xué)性能要求，分派到各子系統(tǒng)和部件，由其性能保證將來整車性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)分派指標(biāo)：1．模態(tài)研究與控制（模態(tài)分布圖設(shè)計(jì)）2．建立系統(tǒng)模型3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析4．分析流程5．性能平衡6．結(jié)構(gòu)優(yōu)化第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第53頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)1．模態(tài)研究與控制車輛振動(dòng)響應(yīng)是車輛子系統(tǒng)、零部件與道路或發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)等彼此作用的結(jié)果為降低駕駛員界面的振動(dòng)響應(yīng)級(jí)，必須控制系統(tǒng)振動(dòng)的頻率，使其互不耦合并避開通常的激勵(lì)頻率需要根據(jù)最初對(duì)標(biāo)時(shí)所做的分析和測(cè)量，以及數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持，設(shè)計(jì)模態(tài)分布圖第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第54頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)1．模態(tài)研究與控制例：某車型的模態(tài)圖模態(tài)間的線段指出為使耦合最小而應(yīng)隔離的部件模態(tài)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)激振頻率和子系統(tǒng)模態(tài)分布圖1.車身在懸架上2.人坐在座椅上3.乘員人體（組織器官）4.發(fā)動(dòng)機(jī)在懸置上5.懸架子系統(tǒng)6.車身結(jié)構(gòu)彎扭7.動(dòng)力總成子系統(tǒng)8.轉(zhuǎn)向柱子系統(tǒng)9.風(fēng)窗子系統(tǒng)第55頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2．建立系統(tǒng)模型在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,建立相應(yīng)的系統(tǒng)有限元模型，計(jì)算和評(píng)估性能水平系統(tǒng)模型有如下幾類：車身概念模型整備車身模型車輛系統(tǒng)模型第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第56頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2．建立系統(tǒng)模型①車身概念模型結(jié)構(gòu)參數(shù)少，便于各方面的評(píng)估和完成概念設(shè)計(jì)，也稱為概念模型用于選擇構(gòu)造；既要在剛度/質(zhì)量方面具有潛力，又要考慮碰撞、耐久性等方面可能存在有幾個(gè)概念模型版本，用于不同方案的比較第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第57頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2．建立系統(tǒng)模型②整備車身模型響應(yīng)分析必須采用整備的車身模型整備車身模型是將所有與結(jié)構(gòu)無直接聯(lián)系的非結(jié)構(gòu)質(zhì)量，如內(nèi)、外附件等，按集中質(zhì)量或分布質(zhì)量附加到車身結(jié)構(gòu)上的模型整備車身模型通常用于仿真計(jì)算和優(yōu)化構(gòu)造研究第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第58頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2．建立系統(tǒng)模型③車輛系統(tǒng)模型整備車身模型與如動(dòng)力總成和底盤等聯(lián)合在一起組成車輛系統(tǒng)模型，包含模態(tài)分布圖中全部諧振子系統(tǒng)和全部質(zhì)量在整車性能仿真計(jì)算時(shí)采用的車輛系統(tǒng)模型是整車剛彈耦合模型有時(shí)還需建立部件的分析模型第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第59頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析正交模態(tài)計(jì)算系統(tǒng)模型中所有子系統(tǒng)的正交模態(tài)，并按模態(tài)分布圖進(jìn)行匹配和設(shè)計(jì)調(diào)整注意車身一階彎曲模態(tài)和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)的目標(biāo)要求第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第60頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析頻率響應(yīng)駕駛員界面點(diǎn)的響應(yīng)計(jì)算根據(jù)目標(biāo)級(jí)要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案修改第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)例：轉(zhuǎn)向盤的抖動(dòng)為降低響應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)盡量提高轉(zhuǎn)向柱安裝支架的剛度，并增大上、下支架的距離L1第61頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析頻率響應(yīng)計(jì)算-實(shí)例第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)懸架支承部位的車身結(jié)構(gòu)局部剛度對(duì)車身動(dòng)力響應(yīng)影響很大要評(píng)價(jià)所有車身安裝點(diǎn)的動(dòng)力適應(yīng)性，即進(jìn)行機(jī)械導(dǎo)納分析第62頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第63頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第64頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第65頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，靈敏度用于引導(dǎo)車身模態(tài)頻率的設(shè)計(jì)第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第66頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用例：接頭剛度對(duì)板厚的靈敏度分析；進(jìn)而分析前幾階白車身振動(dòng)模態(tài)對(duì)接頭剛度的靈敏度第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第67頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用結(jié)論靈敏度分析方法，可從結(jié)構(gòu)整體觀察結(jié)構(gòu)。靈敏度信息在研究復(fù)合響應(yīng)和確定載荷路徑時(shí)很有用例：對(duì)激勵(lì)變形最靈敏的接頭是最危險(xiǎn)的接頭剛度部件，應(yīng)注意提高其剛度相對(duì)變形大且靈敏度低的接頭，表明結(jié)構(gòu)的效率低，不能充分發(fā)揮作用，或者結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)該考慮重新設(shè)計(jì)如果靈敏度值比較均勻，說明設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)平衡較好第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第68頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3．動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用結(jié)論系統(tǒng)模型也用于計(jì)算駕駛員界面響應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的靈敏度；從中可看出對(duì)界面響應(yīng)影響較大的子系統(tǒng)，或?qū)τ趦?yōu)化子系統(tǒng)模態(tài)頻率最有效的修改結(jié)構(gòu)的部位或修改方向例：某車型正碰保險(xiǎn)杠時(shí)座椅軌道處加速度峰值和響應(yīng)均方根值與車輛結(jié)構(gòu)一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率的曲線關(guān)系第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)1-加速度峰值

2-響應(yīng)均方根值第69頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)4．分析流程對(duì)于每個(gè)構(gòu)造方案，其子系統(tǒng)和部件特性設(shè)計(jì)都需按順序進(jìn)行，從初始設(shè)計(jì)、調(diào)整到完善第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第70頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)5．性能平衡設(shè)計(jì)和優(yōu)化各子系統(tǒng)時(shí)，其結(jié)果有時(shí)不能滿足車輛的其它方面的要求，必須采取折衷的方法改變系統(tǒng)模型使車輛的各方面性能得以平衡第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第71頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)6．結(jié)構(gòu)優(yōu)化利用有限元分析、設(shè)計(jì)靈敏度分析和數(shù)值優(yōu)化算法，更新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，使某個(gè)給定的響應(yīng)量在各種約束條件下最小化第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第72頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)6．結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化用于車輛的整個(gè)開發(fā)過程設(shè)計(jì)初期著重高剛度/輕質(zhì)量設(shè)計(jì)后期優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，將碰撞性能、耐久性和其它非性能要求都作為分析整備車身模型時(shí)的約束條件第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第73頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四（五）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)方案選擇結(jié)構(gòu)研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善這三個(gè)階段各種方案的共同特點(diǎn)都是圍繞車輛低階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率進(jìn)行研究第二節(jié)

車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第74頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四例：本節(jié)通過某公司C5敞蓬車車身設(shè)計(jì)實(shí)例說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段背景：根據(jù)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)車型水平，公司提出了新設(shè)計(jì)敞蓬車的性能要求一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率是21Hz二階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率不得小于23Hz這是一般轎車的水平，但對(duì)敞蓬車是史無前例的根據(jù)調(diào)查，與新設(shè)計(jì)車型尺寸類似的敞蓬車，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率在11~17Hz。新設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，必須對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)付出很大努力第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第75頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四設(shè)計(jì)C5的基礎(chǔ)是C4敞蓬車，其一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率是13Hz，比目標(biāo)低8Hz在最初階段基于競(jìng)爭(zhēng)車型和原車型（C4）載荷路徑的了解，首先力圖改進(jìn)C4的結(jié)構(gòu)采用連續(xù)的通道結(jié)構(gòu)焊接閉口截面的保險(xiǎn)杠儀表板和座椅背后附加閉口截面橫梁有效地構(gòu)造前后扭矩盒等形成C4的四種不同加強(qiáng)方案，使一階頻率提高4~6Hz四種方案中，對(duì)提高剛度/重量最有效的方案是采用地板的中間通道結(jié)構(gòu)第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第76頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1．結(jié)構(gòu)方案比較和選擇結(jié)合參考競(jìng)爭(zhēng)車型結(jié)構(gòu)和新制造技術(shù)可行性的研究，提出了幾個(gè)新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案都滿足總布置、制造、耐久性和碰撞安全性要求每個(gè)方案都在一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率為23Hz的約束條件下，進(jìn)行最輕重量的優(yōu)化第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第77頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1．結(jié)構(gòu)方案比較和選擇對(duì)多個(gè)方案權(quán)衡結(jié)果剩下三個(gè)方案整體焊接框架構(gòu)造螺釘連接車身構(gòu)造方案通過橡膠墊連接車身的構(gòu)造方案第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第78頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1．結(jié)構(gòu)方案比較和選擇1）方案比較對(duì)三個(gè)構(gòu)造方案，都建立最簡(jiǎn)單的模型（方案c有基于同一個(gè)底盤的四個(gè)版本C.1、C.2、C.3、C.4）各方案初始截面尺寸和板厚相同，都采用原先C4的典型截面或參考樣車的經(jīng)驗(yàn)值，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)曲線1—重量約束為300kg時(shí)使頻率最大化的結(jié)果曲線2—一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率都約束在23Hz時(shí)，對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行重量?jī)?yōu)化的結(jié)果第79頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1．結(jié)構(gòu)方案比較和選擇2）方案選擇比較可見，周邊框架和通道結(jié)合的整體焊接框架結(jié)構(gòu)的重量效率最高，且其構(gòu)造明顯具有高剛度/輕重量的潛力再考慮抗碰撞性，耐久性，以及布置、加工和成本等要求，選擇整體框架結(jié)構(gòu)作為新設(shè)計(jì)C5的結(jié)構(gòu)方案第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第80頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1．結(jié)構(gòu)方案比較和選擇2）方案選擇確定結(jié)構(gòu)方案后，新設(shè)計(jì)的特征就固定下來這些特征體現(xiàn)在從前橫梁到后橫梁之間的連續(xù)縱梁及周邊框架的路徑布置，通道路徑和周邊梁之間的連接構(gòu)件（如剪力板、橫梁等）的位置等下一步是研制詳細(xì)載荷路徑的尺寸和板厚，使其最有效地滿足所有車身結(jié)構(gòu)性能要求第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第81頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.分析模型更新用于選擇車身結(jié)構(gòu)方案的概念分析模型，只是根據(jù)概念方案和總體布置建立的車身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)粗模型，或是基于性質(zhì)的參數(shù)化模型（PBM）模型中梁?jiǎn)卧孛娴某跏紖?shù)值參考先前C4典型截面或經(jīng)驗(yàn)值，從截面尺寸和板厚初始值開始結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)描述接頭的彈簧元或超單元初始值由參考車型局部接頭的詳細(xì)模型導(dǎo)出第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第82頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.分析模型更新隨著設(shè)計(jì)逐步細(xì)化，分析模型也并行地進(jìn)行改版，使分析模型更詳細(xì)第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第83頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四3.多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的其它性能，如碰撞性能和耐久性等約束條件，再次被組合到整備車身分析模型用多目標(biāo)集成方法，使結(jié)構(gòu)概念集成在同一個(gè)分析模型中并進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)估，使重量最小化當(dāng)載荷路徑、路徑的截面尺寸以及全部板結(jié)構(gòu)的零件板厚都初步確定后，概念設(shè)計(jì)完成第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第84頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四4．結(jié)構(gòu)定義和詳細(xì)說明書為確認(rèn)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，要提供一個(gè)結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明書說明書要寫明達(dá)到剛度和重量要求的所有載荷路徑、相關(guān)尺寸和零件板厚度說明書列出四個(gè)圖表載荷路徑位置表載荷路徑截面性質(zhì)表接頭剛度說明表結(jié)構(gòu)板零件厚度表第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第85頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四4．結(jié)構(gòu)定義和詳細(xì)說明書例：截面性質(zhì)表和接頭剛度說明表的示例主要是周邊框（門檻）、風(fēng)窗柱、前保險(xiǎn)杠橫梁與縱梁之間接頭等的說明第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第86頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四新車開發(fā)的過程中，還需進(jìn)行各子系統(tǒng)間的性能再平衡工作：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈敏度分析在已經(jīng)確定的性能水平下的結(jié)構(gòu)調(diào)整基于總體性能的結(jié)構(gòu)研究物理樣機(jī)驗(yàn)證第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第87頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈敏度分析通過性能靈敏度分析，查出載荷路徑、接頭或板厚的改變對(duì)車輛結(jié)構(gòu)前幾階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率影響的靈敏度對(duì)性能靈敏度小的區(qū)域是可被再平衡的區(qū)域，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域的變化對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響最小第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第88頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.在已經(jīng)確定的性能水平下的結(jié)構(gòu)調(diào)整在進(jìn)一步平衡過程中，靈敏度分析結(jié)果提供了方向。但是往往在設(shè)計(jì)過程中由于大量的平衡工作使得其他子系統(tǒng)發(fā)生變化，造成新的要求或者約束的變化設(shè)計(jì)初期，結(jié)構(gòu)變化對(duì)性能影響較大；在設(shè)計(jì)過程后期，方案研究更詳細(xì)，但對(duì)性能的影響卻逐步變小，只能在已經(jīng)確定的性能水準(zhǔn)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第89頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.在已經(jīng)確定的性能水平下的結(jié)構(gòu)調(diào)整例：在構(gòu)造選擇和結(jié)構(gòu)方案開發(fā)階段，認(rèn)為第二、五橫梁是橫向載荷路徑，對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度的提高有重要的貢獻(xiàn)研究其對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)和模態(tài)頻率的貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有無第二橫梁對(duì)乘員界面點(diǎn)的加速度響應(yīng)影響不大。第五橫梁的作用也類似第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第90頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.在已經(jīng)確定的性能水平下的結(jié)構(gòu)調(diào)整例：研究表明：如果拆除二、五橫梁，則保險(xiǎn)杠橫梁及其與縱梁的接頭對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響就變得很靈敏。因此保險(xiǎn)杠橫梁必須是閉口截面梁，且與縱梁應(yīng)牢固焊接通過對(duì)接頭的專門分析和研究表明，該接頭成為結(jié)構(gòu)中最重要的接頭。而拆除二、五橫梁后，可以減輕重量大約10公斤，還可以加大車身前后端的布置空間，振動(dòng)性能的損失卻可以忽略第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第91頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四3.基于總體性能的結(jié)構(gòu)研究車身是一個(gè)大的子系統(tǒng)，它會(huì)影響車輛的幾乎所有子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，伴隨著影響多方面的綜合性能為便于從整車水平對(duì)每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)進(jìn)行再平衡，需列表研究每一個(gè)結(jié)構(gòu)方案的變化與整車水平的關(guān)系第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第92頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四4．物理樣機(jī)驗(yàn)證分析模型是使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足高剛度/輕重量的有效工具，而且分析方法是成熟的、經(jīng)過驗(yàn)證的對(duì)于一個(gè)完全新的設(shè)計(jì)來說，物理樣機(jī)認(rèn)證仍非常重要，包括整車性能的全面測(cè)試第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第93頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四通過結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)研究，新設(shè)計(jì)的車身結(jié)構(gòu)的分析和硬件認(rèn)證都證實(shí)了車身的大多數(shù)性能目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到下一步是完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保最優(yōu)的性能，并引導(dǎo)車輛各方面要求的再平衡結(jié)構(gòu)研究最終零件板厚最佳化硬件（樣車）再造第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第94頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1.詳細(xì)模型整車要求的再平衡是一個(gè)整車優(yōu)化的過程。要建立用于這個(gè)階段研究的分析模型在設(shè)計(jì)后期，為更精確地模擬結(jié)構(gòu)性能，應(yīng)建立更詳細(xì)的模型完善的車身結(jié)構(gòu)分析模型是用板單元來模擬所有結(jié)構(gòu)第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第95頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四1.詳細(xì)模型整車系統(tǒng)模型，是整備車身模型和動(dòng)力總成及底盤系統(tǒng)組合的模型在設(shè)計(jì)完善化階段，要用這個(gè)整車系統(tǒng)模型進(jìn)行模擬仿真，并將其結(jié)果與客戶的感覺對(duì)比整車系統(tǒng)模型還用于追蹤計(jì)算最終的一階整車結(jié)構(gòu)模態(tài)，因?yàn)檫@是確保大多數(shù)性能要求的關(guān)鍵指標(biāo)通常結(jié)構(gòu)調(diào)整還是用整備車身板模型進(jìn)行研究第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第96頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.車輛要求的再平衡在結(jié)構(gòu)完善階段，對(duì)車輛的要求是指布置、重量等非性能要求車輛要求的再平衡是車輛開發(fā)過程的繼續(xù)競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)之間的折衷、平衡，在設(shè)計(jì)早期效果比較大，影響結(jié)構(gòu)性能在1~2Hz間變化隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，競(jìng)爭(zhēng)方案的選擇對(duì)結(jié)構(gòu)的影響幅度變小，一般在0.2~0.5Hz范圍第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第97頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四2.車輛要求的再平衡例：在新車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)完善階段，項(xiàng)目經(jīng)理又提出了兩個(gè)變量需要再平衡要求增加乘員的放腳地板的區(qū)域要求再減輕車身重量在C5設(shè)計(jì)中這兩個(gè)要求對(duì)一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率有較大的影響；結(jié)果是放腳地板加寬導(dǎo)致車輛的一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)頻率減小了1~2Hz減輕重量本來就是新設(shè)計(jì)的一個(gè)主要目標(biāo)，已被分派到每一個(gè)車輛子系統(tǒng)，而且必須不降低碰撞、耐久性等其他性能要求；而減小重量一般會(huì)引起一階模態(tài)（剛度）下降，所以在這設(shè)計(jì)的后期，再減輕重量是困難的第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié)第98頁，共107頁，2023年，2月20日，星期四3.結(jié)構(gòu)性能再平衡1）頻率和重量設(shè)計(jì)靈敏度研究為獲得最大的結(jié)構(gòu)效益，需要運(yùn)用靈敏度分析引導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改對(duì)于整備車身模型和整車系統(tǒng)模型，主要是計(jì)算一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)頻率對(duì)所有結(jié)構(gòu)零件板厚改變的靈敏度為了一階模態(tài)頻率最大化和重量最小化，必須將結(jié)構(gòu)頻率靈敏度和薄板質(zhì)量靈敏度結(jié)合考慮第三節(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、