【SIMU图文教程】_06_白车身模态和刚度提升方法
一、写在前面
经过前面两个帖子的讲解，相信大家已经对车身刚强度优化和轻量化有了初步了解；
今天再分享一个很久之前的学习资料，本文对白车身结构优化进行更加深入的探讨，并对一般性的经验规律进行了总结；
希望能对感兴趣的小伙伴起到一些思考和启发作用。
二、BIW模态和刚度分析的目的：
白车身是车体的骨架部分，起着承载重量，保护乘员的作用，同时要满足疲劳、强度、NVH和碰撞等。NVH要考虑白车身的模态、弯曲刚度和扭转刚度, 模态主要考察白车身的动力学性能，弯曲和扭转刚度主要考察白车身在弯曲和扭转工况下的变形情况。
三、BIW模型检查
1、检查白车身总成的质量是否正确。可初步判断模型中是否有零件缺失或大质量等情况存在。
2、检查焊接。主要检查零件是否有漏焊的焊点和焊缝，焊接层次是否正确。检查焊接的时候，可以主要检查节点位置和关键的区域。如果时间宽裕，可以仔细检查。
3、检查材料参数。主要检查结构胶、玻璃胶和焊点，确认材料参数与参考车（如果有参考车）一致。
四、模态优化原理
单自由度的简谐模型的特征值方程（如下），可以看出固有频率与质量、刚度的关系。
从以上公式可以看出。白车身弯曲模态优化，可以减少质量，如减少前端模块质量提高频率；也可以增加刚度，如增加地板刚度，增加接头刚度等，提高频率。
1、影响弯曲模态的区域
前端模块，A TO ROOF ，A TO HINGER ，HINGER TO ROCKER ，A BEAM ，B TO ROOF ，B TO ROCKER ，B BEAM ，C TO ROCKER ，前地板，顶盖。
①、并不是所有的关注区域对提高弯曲模态频率都有帮助，应该结合弯曲模态振型，重点优化关注区域中模态位移较大和应变能较多的地方。如，从弯曲模态振型看，前端模块区域的位移和应变能都较高，这时可以通过减少前端模块质量或增加前端模块关键位置的刚度来提高弯曲模态频率。
②、若模态位移和应变能集中出现在接头的位置。这时可以考虑从节点刚度的优化入手。单独对这些接头进行节点刚度分析。利用节点刚度优化的优势在于，将白车身的优化简化为局部的优化，节点刚度模型下，方案实施简单，计算时间少，能够大大提高优化效率。节点刚度的优化可以从以下几方面考虑：
优化接头断面；
优化焊点分布和焊点层次；
优化零件厚度；
增加加强件；
优化加强筋。
2、影响扭转模态的区域
A TO HINGER，A BEAM, A TO ROOF, HINGER TO ROCKER, C TO ROOF, C PILLAR, C TO ROCKER, PACKAGE TRAY STRAIN 等。
扭转模态优化与弯曲模态优化方法类似，应该根据模态振型和应变能的分布进行优化。上图中只列出了常见的优化区域。对于三厢轿车，置物板区域的优化对扭转模态优化很有帮助。对于两厢车，背门框区域的优化对扭转模态优化很有帮助。扭转模态的优化也可以利用节点刚度的优化来提高优化效率。具体方法和弯曲模态的优化相同。
五、弯曲和扭转刚度
主要用来评价白车身抵抗弯曲和扭转变形的能力。弯曲和扭转刚度反映了白车身整体框架结构的性能，弯曲和扭转刚度的优化更多体现的是车身框架结构的优化。
1、影响弯曲刚度的区域
B TO ROOF, B TO ROCKER, B PILLAR, A PILLAR,ROCKER, REAR RAIL等
弯曲刚度的优化，应该结合分析结果的应变能云图进行。通过应变能图找出应变能集中的区域进行优化。另外可以看弯曲变形的动画，根据变形情况进行优化。
2、影响扭转刚度的区域
A TO HINGER, A TO ROOF, C TO ROOF, C TO ROCKER,ROOF RAIL, A PILLAR, C PILLAR, REAR RAIL, PACKAGE TRAY
通过应变能云图和变形动画确定确定优化的方向。如，需要优化抗弯系数还是抗扭系数？常用的方法有：
增加零件厚度，优化搭接及焊点，优化梁截面属性(如，惯性矩或极惯性矩)，增加加强件等方法。
将节点刚度分析结果与参考车或数据库进行比较，找出差异。在节点刚度的分析模型上进行优化，具体方法可以有：优化焊点分布，优化搭接，增加加强筋或加强件，优化零件厚度，优化腔体的截面等方法。
六、料厚优化
通过优化白车身板件厚度来提高白车身模态和刚度性能的方法。建议料厚优化放在结构优化之后进行，因为通过结构优化可以得到较好的车身结构，在这个模型上进性料厚优化更有意义。料厚优化不仅可提高白车身的模态和刚度，还可以通过控制质量的方式进行减重。即实现材料厚度的最优化。
七、白车身模态优化和刚度优化的区别
1、模态优化
结构的模态既有刚度的贡献也有质量的贡献，因此在优化模态时即可优化刚度也可优化质量。对于白车身的弯曲和扭转模态，往往也有局部模态参与其中。这时，优化局部结构对整体模态的提高有一定帮助。如，弯曲模态中有备胎盒的局部模态，这时优化备胎盒结构后弯曲模态会提高一些，但整车的弯曲或扭转刚度却基本没变。白车身模态的优化即可以从整体框架结果上进行优化，也可以从局部结构上进行优化，建议根据具体情况决定。
2、刚度优化
白车身刚度主要和结构、焊点、料厚相关。弯曲和扭转刚度的优化工作主要集中在车身整体框架结构的优化上。和模态的优化不同，框架结构外的局部优化对刚度提高意义不大。如提高前端模块的刚度后弯曲模态提高，但弯曲刚度却基本没变化。
末：
不定期更新CAE分析中的小Tips，欢迎大家关注
查看更多评论 >