灵敏度分析在车身结构优化设计中的应用

应用灵敏度分析的方法对车身结构进行优化设计。首先,根据有限元分析,获得车身的模态和刚度性能;再次,以车身模态和刚度为约束条件,车身质量最轻为优化目标进行灵敏度分析,根据灵敏度分析结果选择合理设计变量,进行车身结构优化。优化后,不但实现了车身轻量化,还提高了车身模态频率和刚度。     

基于灵敏度分析的轿车车身质量优化研究

以某型轿车为例,建立车身有限元分析模型,对模型进行了试验验证。综合考虑零件厚度对车身质量与刚度的影响,利用灵敏度分析方法确定优化设计变量。以白车身质量最小为目标函数,在保证车身刚度和模态性能的前提下,进行车身质量优化。在车身质量减轻了6.25%的同时,车身刚度和主要模态频率也获得了不同程度的提高。     

白车身模态与静刚度关联性的研究——扭转

在乘用车整车NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能的开发过程中,白车身的弹性体模态与静刚度是衡量车身结构特性的两个重要指标。文中阐明了白车身模态与其扭转刚度的关系,以某小型乘用车白车身为例,通过模态试验数据计算得出各主要模态所对应的白车身扭转柔度、扭转柔度贡献度,进而得到其扭转刚度,并与刚度试验结果对比,验证了白车身模态与扭转刚度的数学关联性,为新车型开发阶段综合控制车身重量、优化模态分布和扭转刚度提供参考。     

多目标遗传算法在车身动态性能优化中的应用

建立了某SUV白车身有限元模型,对车身静态刚度和模态分布进行优化,改善了白车身的振动性能。通过灵敏度分析筛选白车身关键部件的厚度并将其作为优化变量,以车身的扭转刚度和质量作为目标,建立其径向基函数模型,将静态刚度、车身1阶扭转和1阶弯曲模态频率作为约束条件,并利用多目标遗传算法对车身性能进行优化。试制了优化后白车身关键部件,并进行模态试验,验证了优化结果的正确性。优化后在总质量增加0.55%的情况下,提升了车身整体刚度,改善了模态频率分布,后排左、右侧座椅安装点的传递函数峰值分别下降了47.50%和49.37%,极大地改善了车身振动性能,为整车NVH性能的提升打下良好基础。     

刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化

全面地考虑了刚度、强度与频率约束,对某轿车的白车身结构进行轻量化设计。首先根据工艺要求对白车身结构进行了组件化建模,选取了关键的82个组件,每个组件中的板单元的厚度相同。其次在静态弯扭工况与自由模态工况下对车身结构进行了有限元分析。然后以质量最小为目标,以弯扭刚度、应力和前3阶固有频率为约束条件,板厚为设计变量,建立了白车身结构优化模型。最后采用序列线性规划进行非线性优化,取得了良好的轻量化效果:白车身质量减轻34.6kg,减轻率达11.4%。     

基于isight响应面模型的白车身轻量化研究

在保持车身结构性能不变的情况下,对白车身进行灵敏度分析,根据灵敏度分析结果,选取58个零件厚度作为设计变量,在isight中采用优化拉丁超立方方法对样本采样,对白车身弯扭刚度及1阶扭转模态进行分析,采用1阶响应面方法建立白车身弯扭刚度、1阶扭转模态及质量近似模型,近似模型拟合优度值R2均大于0.9,具有高可信度,最后通过近似模型优化方法 SQP(Sequential Quadratic Programming,序列二次规划法)完成白车身减重。优化后的弯扭刚度及1阶扭转模态都达到设计要求,在材料不变的情况下,质量减轻约23.6kg;基于isight多学科优化方法结合相应有限元分析软件在车身减重方面具有很好效果。     

基于自由尺寸优化的车身结构嵌件优化设计

为研究车身结构嵌件对白车身扭转刚度的影响,基于白车身扭转刚度仿真分析模型,首先通过自由尺寸优化方法找到结构嵌件在车身关键接头的嵌入位置,再用工程塑料内外饰零件的建模方法设计嵌件骨架结构,然后再次通过自由尺寸优化方法对嵌件骨架进行结构优化和轻量化,从而得到兼顾白车身扭转刚度和重量的嵌件结构。仿真分析结果表明:白车身在重量仅增加0.4%的情况下,扭转刚度提升5.5%,整体一阶扭转模态频率提升5.9%。     

早期开发阶段白车身轻量化方法研究

为满足车身轻量化需求,提出一种在开发早期阶段进行白车身轻量化的方法,以控制车身性能与质量。通过考虑多工况下的白车身载荷传递路径,布置车身结构形式;结合隐式参数化建模技术,搭建全参数化白车身模型,从结构替换寻优方面提升车身性能,从断面尺寸优化及零部件厚度优化方面降低车身质量。通过在某SUV车身设计中应用此方法,在确保模态刚度性能满足要求的前提下,实现车身减重27kg,为白车身后期的详细设计提供了合理的基础结构。     

基于模态和刚度灵敏度分析的白车身轻量化研究

以某在研车型为研究对象,建立了白车身有限元模型,以车身板厚为设计变量,基于模态和刚度进行了灵敏度分析,综合考虑汽车的制造成本和性能要求,找到影响较大的部件进行优化,并确定最终方案。经过优化白车身共减重10.2 kg,轻量化指数降低了0.22,性能验证分析的结果显示白车身模态、刚度、强度、安全各项性能均能满足目标值的要求,表明基于模态和刚度灵敏度分析的白车身轻量化分析方法是有效的。     

基于HyperWorks白车身灵敏度分析及结构优化

摘要：以白车身钣金件厚度为设计变量,以白车身质量最小为目标,以白车身扭转刚度不低于原有结构的扭转刚度为约束函数,得到扭转刚度对各板件厚度的灵敏度,通过调整板件厚度,对白车身结构进行优化。优化结果表明,在扭转刚度性能略有提高的情况下实现了减重目标。     

灵敏度分析方法在车身轻量化中的应用

建立了某轿车车身有限元模型,由有限元分析求得车身固有频率与刚度值,并通过模态试验验证了该模型的合理性.根据车身构件的灵敏度分析结果选择设计变量,在提高车身刚度和动态性能的前提下,以轻量化为目标优化车身构件厚度,使车身总质鼍减轻了9.7%;刚度和固有频率也都有所提高.     

Vertical random vibration analysis of vehicle–track coupled system using Green's function method

A vertical vehicle–track coupled dynamic model, consisting of a high-speed train on a continuously supported rail, is established in the frequency-domain. The solution is obtained efficiently by use of the Green's function method, which can determine the vibration response over a wide range of frequency without any limitations due to modal truncation. Moreover, real track irregularity spectra can be used conveniently as input. The effect of the flexibility of both track and car body on the entire vehicle–track coupled dynamic response is investigated. A multi-body model of a vehicle with either rigid or flexible car body is defined running on three kinds of track: a rigid rail, a track stiffness model and a Timoshenko beam model. The results show that neglecting the track flexibility leads to an overestimation of both the contact force and the whole vehicle vibration response. The car body flexibility affects the ride quality of the vehicle and the coupling through the track and can be significant in certain frequency ranges. Finally, the effect of railpad and ballast stiffness on the vehicle–track coupled vibration is analysed, indicating that the stiffness of the railpad has an influence on the system in a higher frequency range than the ballast.     

Schwingungsuntersuchungen an einer Pkw-Karosserie

(Title: Investigations into the vibrations of an automobile body)

The numerical treatment of the lower elastic vibrations of a motorcar body is presented. The displacement method has been found to be an effective technique for this calculation. When idealising the structure it is tried to show the lower boundary for the subdivision of the structure, with which satisfying results can be obtained.

The presented results show, that the calculation of the vibration characteristics of a car body is possible with relatively simple model structures. But it must be pointed out that the model structure has to be constructed considering requirements made upon the results. For the calculation of the four lower vibration modes the car body is idealised with beam and triangular elements. By this method the stiffness and mass matrices arc derived. The distributed mass is simply condensed to mass points in the nodes of the structure. Together with the stiffness matrix the mass matrix is reduced to a practical size for the final computation of the eigenvalues and cigenmodes.     

基于改进图分解法的多材料车身结构优化设计方法

针对概念设计阶段的车身结构轻量化设计,提出了一种可实现车身多材料结构设计的分层迭代优化方法。该优化方法的设计变量中,除常见的板厚、材料外,还包括装配设计中的拓扑连接,以实现“将合适的材料用在合适的部位”的要求。分层迭代优化的第1层以拓扑连接为设计变量,采用图分解和NSGA-II对车身装配拓扑结构进行多目标优化,最大化车身弯扭刚度和1阶固有频率;第2层对板厚和材料进行多目标优化,最小化车身质量和材料成本。最终采用基于模糊集合的评分公式选定综合最优解,实现了考虑成本的车身结构轻量化设计。     

电动汽车全参数化车身平台化与模块化建模及性能带宽研究

为解决概念设计阶段电动汽车开发周期长等问题,基于隐式参数化方法提出一种电动汽车全参数化车身的平台化与模块化建模策略。首先将车身结构分解为上车体结构与下车体结构,根据设计要求对上下车体各自进行区域划分,定义各区域关键平台化衍生尺寸并进行基线总布置,形成平台化建模策略;然后基于平台化建模对下车体进行功能性模块划分,对上车体进行匹配性模块划分,分别进行参数化建模,形成模块化建模策略;最终建立了某款电动汽车车身的全参数化模型。结果表明,建模策略可实现不同车型的快速衍生,并且根据性能带宽规律,探究了轮距、轴距、车高、前端长度以及后端长度变化对刚度和模态性能的影响,有助于实现基于性能驱动的电动汽车车身与电池包的短周期开发。     

白车身静刚度测试方法研究

在现代轿车的设计开发过程中,轿车车身大多数采用全承载式结构,承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的各种载荷,因此轿车车身的刚度特性具有举足轻重的作用。文章以某车型为例介绍了如何用试验的方法,较为精确地测得白车身的静刚度。车身刚度不合理,将直接影响轿车的结构可靠性和耐久性、车身安全性及操纵稳定性等关键性指标。通过比较评估测试结果,建立数据库,为今后的研发工作奠定了基础。     

电动赛车轻量化材料车身设计及分析

为某电动赛车设计轻量化材料车身,通过对车身的三维建模,以及综合运用有限元模态分析技术,选用不同材料,优化车身结构,对整车车身的轻量化进行了较为深入的研究.通过文章的研究,对电动赛车车身在材料运用上提供了理论基础与技术支撑,与传统电动赛车的车身重量相比,车身重量大幅降低.     

利用试验模态参数对轮胎垂直特性建模

本文用试验模态参数建立轮胎模型。通过对轮胎的和径向和切向激振试验获取模态参数，将地面对轮胎的作用当作输入。采用迭代算法计算了静态垂直特性，即垂直刚度、印迹长度及摩擦力在纵向的分布。然后计算了考虑轮胎预载的３００Ｈｚ内的垂直振动特性。采用模态综合方向将车轮、悬架及车身组合成的一个系统，计算出了该系统的垂直振动特性。研究显示了这种方法的可靠性和优越性。     

A new active variable stiffness suspension system using a nonlinear energy sink-based controller

This paper presents the active case of a variable stiffness suspension system. The central concept is based on a recently designed variable stiffness mechanism which consists of a horizontal control strut and a vertical strut. The horizontal strut is used to vary the load transfer ratio by actively controlling the location of the point of attachment of the vertical strut to the car body. The control algorithm, effected by a hydraulic actuator, uses the concept of nonlinear energy sink (NES) to effectively transfer the vibrational energy in the sprung mass to a control mass, thereby reducing the transfer of energy from road disturbance to the car body at a relatively lower cost compared to the traditional active suspension using the skyhook concept. The analyses and simulation results show that a better performance can be achieved by subjecting the point of attachment of a suspension system, to the chassis, to the influence of a horizontal NES system.