A Research on the Forward Concept Design of Car Body for Frontal Crash

提出了基于正面碰撞的轿车车身正向概念设计流程.首先对某车型的原始车身外表面进行了拓扑优化,得到较优的结构,通过建立梁单元简化模型,快速验证拓扑结构的有效性;对准静态加载工况,进行尺寸优化,得到车身主要部件的初步尺寸,作为正撞仿真的基础;以矩形薄壁直梁为研究对象,应用梁单元等效模型进行了正面抗撞性概念设计,得到轿车车身的初步尺寸,作为结构详细设计的基础.结果表明,此概念设计流程切实可行且易于实现,可为车身达到各项预期性能打下良好的基础.     

基于多目标优化的白车身结构轻量化设计

白车身轻量化研究有利于提高整车性能和减少研发成本,首先建立了某乘用车白车身的有限元模型,接着根据仿真模型分别计算出与NVH、静刚度及正面碰撞安全性能相关的参数,模型各项指标均满足要求。其次,依据综合灵敏度分析思路筛出与碰撞安全无关的设计变量,并且参照能量吸收曲线图选出正面碰撞安全板件的设计变量。针对白车身非碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各类近似模型的精度,采用了椭圆基近似模型,将白车身质量最小、低阶模态最大作为设计目标,把白车身的静态扭转刚度以及静态弯曲刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对非碰撞安全板件进行多目标优化。针对白车身正面碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各种近似模型的精度,采用了响应面模型,将白车身质量最小、乘员舱加速度峰值最小作为设计目标,将一阶弯曲和一阶扭转模态频率、静态弯曲扭转刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对碰撞安全板件进行多目标优化。最后,对轻量化前后的性能参数进行比较分析,实现了白车身质量降低13.4kg,降幅3.32%,轻量化系数减小了1,不仅保证了静态弯曲刚度和扭转刚度、白车身的模态频...     

基于概念设计的车身接头等效简化方法

为了在概念设计阶段构建更为精准有效的车身框架模型,文章提出一种以梁、刚性单元和扭转弹簧组合的车身接头等效简化方法,并提出了一种计算接头刚度的新方法。并验证了该方法的正确性。使用该方法简化的车身接头,车身框架的静态刚度偏差在2%左右。这种车身接头的等效简化方法,具有计算效率高、等效精度高以及操作简单等优点,可以很好地运用到车身前期概念设计工作中。     

概念设计阶段的车身结构分析

在某款轿车的概念设计阶段,建立了概念车身结构的几何模型,采集了若干典型的车身梁截面.根据接头的力学特性,利用弹簧单元和刚性梁单元对接头进行了模拟,计算了车身5种典型接头的刚度.求取了概念模型的弯曲刚度、扭转刚度和模态,并与详细设计结果进行对比.结果表明,概念设计计算结果与详细设计的结果基本相近,说明采用所提出的概念设计方法,能够比较准确地预测车身结构的性能.     

车身主断面力学特性对车身刚度影响的研究

建立了白车身刚度分析的有限元模型,计算并验证了其静态扭转特性和弯曲特性;在选取了白车身不同位置的主断面后,分析了主断面力学特性修改对白车身刚度的影响,为轿车车身刚度优化设计提供了依据。     

半承载式客车车身结构有限元分析

以梁单元模型为基础,通过将复杂部件建立实体单元模型来生成梁体混合模型的方法,建立半承载式客车车身结构有限元模型。并对车身结构进行4种典型工况下的强度、刚度以及模态分析。最后通过静态应力试验验证该模型的正确性。     

轿车车身概念设计阶段采用梁板混合模型的正面耐撞性仿真研究

根据薄壁梁的轴向压溃和弯曲的基本理论,获取了薄壁梁的刚度特性。采用6自由度非线性弹簧单元和它与梁单元的组合分别代替原方管轴向压溃和弯曲有限元模型中壳单元的分析结果表明,它们能较好地模拟薄壁梁的碰撞变形过程。然后,将其用于建立某轿车前舱结构的梁板混合分析模型,分别用梁板混合模型和原板壳详细模型进行正面碰撞仿真,结果对比表明梁板混合模型不但能和板壳模型同样好地预测轿车的正面碰撞性能,而且可缩减约85%的仿真时间。     

车身主断面几何特性对白车身刚度影响的研究

运用白车身(BIW)板壳单元有限元模型,进行了车身主断面对白车身刚度影响灵敏度的分析,获得了对白车身扭转刚度和弯曲刚度影响显著的主断面。在此基础上,研究了主断面面积、主惯性矩等几何参数对白车身刚度的影响。结果表明,车身主断面几何特性对白车身刚度的影响呈非线性相关;主断面主惯性矩或面积的增大是否有利于白车身刚度要视该断面的具体位置而定。     

全承载大型客车车身骨架梁单元与壳单元模型有限元计算对比

建立某款全承载大客车车身骨架梁单元、壳单元有限元模型并分析计算,对比模态、扭转静刚度和静强度分析结果并进行了试验验证。从反映整车性能的模态和扭转静刚度分析结果看,两种模型吻合较好,且与试验结果的相对误差小;从反映整车局部性能的静强度分析结果看,两种模型计算结果存在差异,壳单元模型计算结果与试验结果较吻合,梁单元模型计算得到的应力值普遍低于试验结果。     

基于车身概念模型的白车身主断面尺寸优化

为实现新车型概念设计阶段车身主断面尺寸的优化,基于前期造型和总布置硬点数据,利用现有同平台车型数据库有关接头和主断面的详细数据,建立了带真实接头的白车身精确概念模型。根据弯、扭刚度对主断面的惯性矩Iy,Iz,扭转常数J和截面面积A的灵敏度,筛选出19个关键主断面。最后,以车身质量最小为目标,弯、扭刚度和1阶弯、扭模态为约束条件,运用序列二次规划法对关键主断面进行尺寸优化。优化后,车身质量减轻8.33kg,减轻率达2.7%,弯曲刚度和扭转刚度分别提高4.7%和4.0%,1阶弯、扭模态分别提高2%和1.2%。     

商用车车身高强钢应用部位优化方法研究

通过将商用车的动态碰撞过程转换为静态挤压过程,以白车身各部件的钣金厚度为变量,开展基于等效碰撞的乘员生存空间对各部件刚度的灵敏度分析,以此找出白车身不同部位零件刚度对乘员生存空间的影响。结合各部件的成型工艺性,制定出相关部件的材料强度提升方案,进行碰撞仿真分析,对材料强度优化前后的碰撞结果进行对比,结果表明该方法对车身高强钢应用部位的优化具有一定的指导作用。     

在概念设计阶段用FEM进行车身设计的研究

采用空间梁单元和空间板壳单元建立了轿车概念设计原简化力学模型，并利用该模型研究了各主要结构断面的截面特性对车身刚度的影响。最后总结了如何在概念设计阶段用有凶分析的方法进行车身设计。     

基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化

本文旨在进行基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化。首先建立隐式参数化封闭白车身模型,以快速实现有限元模型的变化与更新。进而对生成的有限元模型进行模块化设置。结合参数化模型和模块化设置实现了封闭白车身后台全自动运算的功能。以封闭白车身质量最小、扭转刚度最大为目标,车身1阶弯曲模态、弯曲刚度和弯扭工况强度为约束,板件厚度、主断面位置和主断面形状等54个参数为设计变量,采用NSGA-Ⅱ算法,对封闭白车身进行轻量化多目标优化。优化算法根据性能梯度变化和相应的搜索功能实现了"分析驱动设计"的理念。优化结果表明,封闭白车身质量降低32.41kg,轻量化率达7.63%。除白车身静态弯曲刚度降低0.74%之外,其他性能均得到提升,最大的改善率为2.69%。     

某多功能商用车白车身静动态特性试验与分析

对某多功能商用车白车身进行了静态、动态特性试验测试.通过分析静态特性试验结果可知,车身弯曲刚度曲线基本光滑,车身各部位变形不大,其参数可作为新车设计参考;车身扭转刚度值中等,新车开发时需要进一步提高.通过分析动态特性试验结果可知,该车整体模态值较高,分布基本合理,表明其低阶动态特性良好,但需注意与动力总成的匹配,防止出现过大振动.     

某电动客车车身骨架结构性能分析

使用CATIA软件建立某电动客车车身骨架模型并导入HyperMesh软件中,通过添加约束和载荷建立基于壳单元的车身骨架有限元模型,运用该模型进行车身弯曲刚度与扭转刚度计算,并对骨架进行模拟实车的静态工况如弯曲和扭转等分析,获得不同工况下骨架应力和应变分布情况,然后对骨架进行模态分析,得到车身骨架的整体振动响应。结果表明,该车除极少部位存在应力集中和振幅较大的问题外,其他部位受力较为均匀,整车骨架结构刚度与强度在材料的屈服极限之内。     

全铝车身电动轿车正面碰撞仿真和优化

为研究全铝车身电动轿车正面碰撞的耐撞性,应用ANSA建立了全铝车身电动轿车的有限元模型。依据C-NCAP对车身加速度、碰撞速度、车门变形量指标的规定,在LS-DYNA中对所建的全铝车身电动轿车的有限元模型进行了正面100%重叠刚性壁障仿真碰撞试验。试验结果表明:全铝车身电动轿车在正面碰撞过程中车身加速度大,在0.033 s时加速度达到最大值59.6g,高于C-NCAP指标中的目标值50g;前侧车门的最大变形量为41.72 mm,高于C-NCAP指标中的目标值40 mm。针对全铝车身电动轿车正面碰撞存在的问题,设计使用4因素3水平的标准正交矩阵,对全铝车身电动轿车的车身结构参数进行了优化调整。利用LS-DYNA依次进行仿真计算分析,确定了各因素对车身加速度影响的主次顺序;对仿真结果进行极差分析、方差分析和显著性分析,获得了最优方案,即前防撞梁厚度3 mm,吸能盒厚度3.5 mm,前纵梁厚度2.8 mm,前防撞梁材料7003。优化结果表明:与基础模型方案相比,优化后车身加速度降低了23.8%,前侧车门变形量减小了9.6%,增强了全铝车身电动轿车的耐撞性,为全铝车身电动轿车正面碰撞安全的设计与改进提供了依据。     

大客车车身骨架轻量化改进设计分析

文章分析大客车车身骨架静态结构和模态,从有限元模型中探讨客车全承载式车身骨架。在保证车身的刚度和强度下,建立强量化钢铝一体的称身结构。根据轻量化目标对铝合金材料尺寸界面进行计算,与钢铝一体化车身设计进行比较,同时比较原车身骨架动态、静态和质量性能。实验结果表明,研究的轻量化设计与之前相比效果比较好。     

大客车车身骨架碰撞仿真分析

在ANSYS／LS-DYNA中建立了大客车车身骨架正面碰撞有限元计算模型，并在普通计算机上完成了整车与刚性壁的碰撞仿真计算，从结构变形、乘员生存空间和碰撞加速度三个方面分析了车身骨架的耐撞性问题，讨论了改进方法和措施。     

含柔性接头的车身薄壁梁骨架结构概念设计方法研究

为了缩短车身结构设计周期,提高薄壁梁骨架模型的建模效率和求解精度,提出了含柔性接头的车身薄壁梁骨架结构概念设计方法。首先,通过详细有限元模型求解接头各分支不同方向的弯曲刚度;然后,将刚度特性赋给弹簧单元模拟梁单元连接位置的柔度;最后,开发相应的建模与分析软件。通过比较详细模型与梁骨架模型的弯扭刚度和自由模态,验证了含有柔性接头的梁骨架模型的有效性,该模型的应用可提高车身结构的正向设计效率。     

基于整车模型的车身开口对角变形动态仿真研究

文章利用虚拟试验:(Virtual Proving Ground,简称VPG)提取的路谱载荷,基于整车模型系统研究了车型1(轿车),车型2(跨界SUV),车型3(中大型SUV)三种典型车型在动载荷激励下车身开口对角相对变形情况,并将动态法计算结果与静态工况分析结果进行了对比。研究结果表明:车型1在比利时路面和共振路面工况下车身开口对角变形量相对较大;基于虚拟路面动载荷激励法与车辆实际服役工况更接近,计算的开口对角变形量远大于静态工况的计算结果;模态贡献量分析显示对车型1,2,3后背门处车身开口对角变形影响最大的模态频率分别是14.49Hz,20.48Hz,21.51Hz,模态贡献量分析结果可为进一步结构优化和性能提升提供参考依据。