白车身结构测试仿真及优化

2018-03-27 09:29:21· 来源：上汽安全与CAE技术作者：周杰梁

汽车的耐久性、舒适性和操稳性是汽车消费者和设计者都极其关注的，而白车身的扭转刚度，弯曲刚度以及模态等性能对于耐久性、舒适性和操稳性是尤为关键的，本文会对这些性能的测试仿真和优化方法做简单介绍。

01 前言
汽车的耐久性、舒适性和操稳性是汽车消费者和设计者都极其关注的，而白车身的扭转刚度，弯曲刚度以及模态等性能对于耐久性、舒适性和操稳性是尤为关键的，本文会对这些性能的测试仿真和优化方法做简单介绍。

02 测试与仿真方法
在业内，各个公司都有自己的弯曲和扭转刚度的评估体系，但总的来说，弯曲刚度的测试方法通常是在白车身的前后端进行约束，在白车身的座椅或者门槛处施加垂向载荷进行评估；扭转刚度的测试方法是约束白车身的后端，在白车身前端的减震塔处施加扭转载荷进行评估。不同的地方在于，测试的约束加载位置和测试所包含零件略有不同。

各公司的CAE仿真方法一般会根据相应的测试方法进行设定，经过多年的摸索，目前仿真与测试的误差已经大幅提升。

03 白车身结构优化方法
在设计初期，通常白车身性能的评估结果不能满足要求，而运用工程师的经验对白车身的位移云图、应力云图以及应变云图进行分析解读并不一定能给出较优的设计方案，因此，对白车身结构优化方法的理解和应用是相关工程师的一门重要功课。

厚度灵敏度法

厚度灵敏度法在项目周期越来越短的背景下应用率越来越高，简单来说，通过计算机批量化的求解，可以得到白车身每一个零件的厚度变化所导致的白车身性能的变化，这一相关性就称为厚度灵敏度。厚度灵敏度越大，则这个零件对白车身结构就越关键。厚度灵敏度法的主要劣势在于消耗的计算资源较多，但这一劣势在目前的项目应用背景下并不算太大的问题。

厚度灵敏度法流程图

项目实际应用中，首先通过厚度灵敏度找到关键零件，然后针对这些关键零件，一般来说，工程师通过焊点和局部特征优化，腔体截面优化以及钣金加厚这三步即可获得优化方案。从下图的案例中可以看到，在某车型的扭转模态优化中，最终优化方案达到了使模态提升4%的要求，同时白车身重量只增加了0.4%，是一套较为成熟的优化方案。

应变能灵敏度法

应变能灵敏度法在行业内的应用还不多，它有别于厚度灵敏度法的地方在于只需进行一次白车身性能分析即可获得关键的薄弱位置，但最终优化方案还需额外进行重量方面的考量。其原理是对于一个局部结构或者零件，其所储存的应变能占白车身结构总应变能的比值越大则这个局部结构或者零件就越是关键的薄弱位置。基于它的优缺点，如果能在应变能法中考虑重量的影响，将使得这种方法相比厚度灵敏度法更具优势。