汽車車身設(shè)計(jì)-第四章.ppt

普通高等教育 “十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 汽車車身設(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),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(guò)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),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(lái)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,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),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,車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)過(guò)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,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,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,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,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,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,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,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,（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,（二）車身剛度優(yōu)化 通過(guò)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,（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,（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,（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,（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,（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,（二）車身剛度優(yōu)化 3. 接頭優(yōu)化 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) 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 建立接頭剛度約束下的板厚優(yōu)化模型 根據(jù)材料單價(jià)和重量，提出成本約束 基于工藝要求確定尺寸約束 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) 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,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,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,車身整體剛度設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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,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,（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(guò)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,（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(jué)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(lái)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,（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(lái)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,（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 在結(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,（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,（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(guò)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,（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,（一）振動(dòng)模態(tài)分析 無(wú)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(wú)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),（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),（一）振動(dòng)模態(tài)分析 車身的振動(dòng)特性分析 無(wú)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),（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(wú)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2040Hz 二階彎曲 三個(gè)節(jié)點(diǎn) 頻率為3050Hz,（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),（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2050Hz 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),（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),（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),（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40300Hz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5060Hz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),（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),（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),（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),（三）振動(dòng)特性測(cè)試 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 是通過(guò)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),（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),（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),（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),（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(jué)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),（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),（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(guò)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),（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(lái)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),（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(kù)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),（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),（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),（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) 2建立系統(tǒng)模型 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),（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) 2建立系統(tǒng)模型 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(wú)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),（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) 2建立系統(tǒng)模型 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),（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),（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,（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,（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),（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),（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),（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),（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),（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(shuō)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),（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,（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),（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),（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),（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(guò)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),（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),例：本節(jié)通過(guò)某公司C5敞蓬車車身設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)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23 Hz 這是一般轎車的水平，但對(duì)敞蓬車是史無(wú)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1117 Hz。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(guò)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),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46Hz 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(guò)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),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(guò)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),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(guò)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(guò)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),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(guò)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,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(guò)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),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(lái) 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(guò)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),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(guò)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),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(guò)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),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(guò)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),4結(jié)構(gòu)定義和詳細(xì)說(shuō)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(shuō)明書 說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(guò)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),4結(jié)構(gòu)定義和詳細(xì)說(shuō)明書 例：截面性質(zhì)表和接頭剛度說(shuō)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(shuō)明,第三節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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),新車開發(fā)的過(guò)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(guò)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),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈敏度分析 通過(guò)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(guò)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),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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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),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(wú)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(guò)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),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(guò)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(guò)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),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(guò)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),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(guò)驗(yàn)證的 對(duì)于一個(gè)完全新的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，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(guò)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),通過(guò)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(guò)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),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(guò)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(lái)模擬所有結(jié)構(gòu),第三節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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),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(jué)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(guò)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),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(guò)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12Hz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0.20.5Hz范圍,第三節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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),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12Hz 減輕重量本來(lái)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(guò)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),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(guò)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