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简单分析白车身(BIW)扭转刚度问题
2018-04-23 09:52:33· 来源：汽车NVH仿真 作者：安轩
当汽车在行驶过程中左右车轮两边受到的载荷方向不一致的时候，车身会由于扭转，产生扭转变形。当扭转刚度低的时候，扭转变形就会变大，导致汽车在行驶过程中出现部件之间相互摩擦碰撞的现象，引起异响。
当汽车在行驶过程中左右车轮两边受到的载荷方向不一致的时候，车身会由于扭转，产生扭转变形。当扭转刚度低的时候，扭转变形就会变大，导致汽车在行驶过程中出现部件之间相互摩擦碰撞的现象，引起异响；而且和车身弯曲刚度一样，扭转刚度同样决定这车身的扭转模态，扭转刚度越高，车身的扭转模态频率也越高，抵抗低频激励的能力越好。
在NVH性能开发前期，我们同样会把车身扭转刚度分析放在白车身上进行（而不是放在内饰车身或者整车上进心），这是由于白车身是整车和内饰车身的基础，所有的部件最终都在这个基础上安装，白车身的扭转刚度性能的好坏决定整车的性能。在这里我们注意到，白车身扭转刚度性能是一个很重要的NVH性能指标，它直接影响到一阶扭转模态的频率值。（分析背景与白车身弯曲刚度相同，详情请点击上面超链接）
一般情况，对于：
带前挡风玻璃的经济型轿车，白车身扭转刚度大概在700~900 kN.m/rad;
带前挡风玻璃的中高级轿车，白车身扭转刚度大概在900~1300 kN.m/rad;
带前挡风玻璃的SUV，白车身扭转刚度大概在1000~1300 kN.m/rad;
扭矩刚度计算方法
车身的扭转刚度可以通过两种方法计算得到，其中一种为实验法，另一种为CAE方法。该两种方法采用同样的边界条件，只是前者是在静态变形测试平台上完成测量，后者使用软件进行仿真模拟。
实验法：
1. 约束后悬架与车身连接处；
2. 前减震器与车身连接点处施加T = 2 kN*1000 mm = 2 kN.m的扭矩（一般情况）；
3. 通过位移传感器测得车身前后纵梁与门槛梁某点的位移值，然后换算出车身扭转角Θ；
4. 通过公式k = T/Θ 计算出车身扭转刚度 k
CAE法：
1. 约束后悬架与车身连接处1~6自由度；
2. 约束前端扭转架中部1~3自由度；
3. 前端扭转架施加T = 2 kN.m扭转；
4. 通过NASTRAN进行静力分析，计算出对应的扭转角Θ；
5. 通过公式k = T/Θ 计算出扭转刚度k.
CAE法 - NASTRAN计算文件
使用hypermesh软件按照上述CAE法对模型进行边界条件设置，导出nastran.bdf 计算文件，如下所示。把该计算文件提交到NASTRAN求解器进行计算。
计算结果后处理
经过NASTRAN计算后，得到如下所示的位移云图。由图我们可以读取到，在2 kN.m的扭矩下，该白车身的扭转角 Θ = 0.00258374rad.
所以该白车身的扭转刚度 k = T/Θ = 2/0.0025837= 774 kN.m/rad。
在NVH性能开发前期，我们同样会把车身扭转刚度分析放在白车身上进行（而不是放在内饰车身或者整车上进心），这是由于白车身是整车和内饰车身的基础，所有的部件最终都在这个基础上安装，白车身的扭转刚度性能的好坏决定整车的性能。在这里我们注意到，白车身扭转刚度性能是一个很重要的NVH性能指标，它直接影响到一阶扭转模态的频率值。（分析背景与白车身弯曲刚度相同，详情请点击上面超链接）
一般情况，对于：
带前挡风玻璃的经济型轿车，白车身扭转刚度大概在700~900 kN.m/rad;
带前挡风玻璃的中高级轿车，白车身扭转刚度大概在900~1300 kN.m/rad;
带前挡风玻璃的SUV，白车身扭转刚度大概在1000~1300 kN.m/rad;
扭矩刚度计算方法
车身的扭转刚度可以通过两种方法计算得到，其中一种为实验法，另一种为CAE方法。该两种方法采用同样的边界条件，只是前者是在静态变形测试平台上完成测量，后者使用软件进行仿真模拟。
实验法：
1. 约束后悬架与车身连接处；
2. 前减震器与车身连接点处施加T = 2 kN*1000 mm = 2 kN.m的扭矩（一般情况）；
3. 通过位移传感器测得车身前后纵梁与门槛梁某点的位移值，然后换算出车身扭转角Θ；
4. 通过公式k = T/Θ 计算出车身扭转刚度 k
CAE法：
1. 约束后悬架与车身连接处1~6自由度；
2. 约束前端扭转架中部1~3自由度；
3. 前端扭转架施加T = 2 kN.m扭转；
4. 通过NASTRAN进行静力分析，计算出对应的扭转角Θ；
5. 通过公式k = T/Θ 计算出扭转刚度k.
CAE法 - NASTRAN计算文件
使用hypermesh软件按照上述CAE法对模型进行边界条件设置，导出nastran.bdf 计算文件，如下所示。把该计算文件提交到NASTRAN求解器进行计算。
计算结果后处理
经过NASTRAN计算后，得到如下所示的位移云图。由图我们可以读取到，在2 kN.m的扭矩下，该白车身的扭转角 Θ = 0.00258374rad.
所以该白车身的扭转刚度 k = T/Θ = 2/0.0025837= 774 kN.m/rad。
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