《汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)（第3版）》配套課件第一章

車身概論第二章

車身總體設(shè)計(jì)第三章

車身概念設(shè)計(jì)第四章

車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析計(jì)算第五章

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造第六章

車身部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)第四章 車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析計(jì)算北京理工大學(xué)了解汽車車身結(jié)構(gòu)的基本載荷工況條件掌握車身剛度、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)耐撞性、NVH相關(guān)的基本概念理解用于車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析的各類基本概念模型能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能計(jì)算和分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素強(qiáng)度、剛度、安全性、輕量化、耐久性（抗疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性）、材料、成本一些概念車身強(qiáng)度：車身不容易被損壞的能力。車身剛度：車身不容易變形的能力

。車身發(fā)生開(kāi)裂、斷裂、塑變及壓潰等噪音、開(kāi)口部件變形安全性：預(yù)防事故發(fā)生和事故發(fā)生后保護(hù)乘員的能力。強(qiáng)度、剛度和輕量化強(qiáng)度和安全性材料、耐久性和成本目的：制造出低成本的，又能符合性能要求的輕量化車身！第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)力學(xué)載荷工況條件第二節(jié)

車身彎曲性能分析計(jì)算第三節(jié)

車身扭轉(zhuǎn)性能分析計(jì)算第四節(jié)

車身結(jié)構(gòu)耐撞性能分析計(jì)算第五節(jié)車身NVH性能分析計(jì)算靜態(tài)載荷動(dòng)態(tài)載荷等效載荷動(dòng)載荷系數(shù)安全系數(shù)動(dòng)態(tài)載荷＝靜態(tài)載荷

*

動(dòng)載荷系數(shù)等效載荷＝靜態(tài)載荷

*

動(dòng)載荷系數(shù)

*

安全系數(shù)動(dòng)載荷系數(shù)與安全系數(shù)111 1

1KTOTAL

KFRONT

KREAR

KBODY標(biāo)準(zhǔn)化的扭轉(zhuǎn)工況凸塊高度應(yīng)滿足條件：①能夠使得同一車軸上的另一個(gè)車輪剛剛離開(kāi)地面；②其它車輪仍處于地面支撐狀態(tài)。T

KTOTAL

H/

BTOTALH

BT

K2LAXLEP

1

PTBMAXTOTALAXLE

2BBT

K

HMAX

P2MAXTOTALH2K

PAXLE

BMAX AXLE

2BT

P垂向非對(duì)稱載荷工況扭轉(zhuǎn)工況凸塊高度推薦值及動(dòng)態(tài)系數(shù)通常，由于現(xiàn)代乘用車所采用的主彈簧剛度較低，在所選用的凸塊高度尚未達(dá)到值時(shí)，懸架系統(tǒng)中的限位緩沖塊已經(jīng)開(kāi)始起作用了，緩沖塊的剛度比主簧剛度大很多，扭轉(zhuǎn)載荷將通過(guò)限位緩沖塊施加到車身上面。推薦的凸塊高度值如下表所示。如果車輛經(jīng)常被使用于惡劣環(huán)境中，應(yīng)該附加一個(gè)額外的動(dòng)態(tài)系數(shù)。垂向非對(duì)稱載荷工況FF

Mg(LR

h)/

LFR

Mg(LF

h)/

L制動(dòng)工況載荷轉(zhuǎn)移制動(dòng)工況載荷系數(shù)縱向載荷工況Max.

Force輪胎側(cè)滑MgBFLAT2h

K輪胎側(cè)向擠壓K為動(dòng)態(tài)安全系數(shù)（

取1.4～1.75)側(cè)向載荷工況組合載荷工況第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)力學(xué)載荷工況條件第二節(jié)

車身彎曲性能分析計(jì)算第三節(jié)

車身扭轉(zhuǎn)性能分析計(jì)算第四節(jié)

車身結(jié)構(gòu)耐撞性能分析計(jì)算第五節(jié)車身NVH性能分析計(jì)算剛

度強(qiáng)

度吸

能車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體要求彎曲工況彎曲工況正碰工況側(cè)碰工況尾碰工況扭轉(zhuǎn)工況扭轉(zhuǎn)工況車身結(jié)構(gòu)承載汽車各零部件?車身彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的來(lái)源車身彎曲剛度與駕乘人員主觀感受之間的關(guān)系車身模態(tài)頻率樣本值白車身 帶附件車身一階車身模態(tài)頻率（45個(gè)車型）白車身 帶附件車身二階車身模態(tài)頻率（41個(gè)車型）車身彎曲剛度與駕乘人員主觀感受之間的關(guān)系數(shù)據(jù)來(lái)源：歐洲車身會(huì)議（2010～2014）及中國(guó)輕量化車身會(huì)議（2013～2014）彎曲剛度樣本數(shù)據(jù)（38個(gè)車型）車身彎曲剛度典型樣本數(shù)據(jù)彎曲剛度要求：11,000~13,000N/mm彎曲強(qiáng)度要求：7,000

Nm車身彎曲性能設(shè)計(jì)要求對(duì)汽車結(jié)構(gòu)受到的載荷和應(yīng)力進(jìn)行分析的簡(jiǎn)單模型有很多，最為有用的分析方法是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法（SSS）可以用來(lái)對(duì)作用在車身主要結(jié)構(gòu)件上的載荷及其傳遞路徑進(jìn)行分析。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面在自身所在平面內(nèi)是剛性的，在其它平面則是柔性的，即在自己的平面內(nèi)能夠承受載荷（拉力、壓力、剪切、彎矩），但不承受與平面正交或平面外的彎矩。車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）注：后部的載荷沒(méi)有標(biāo)示出來(lái)。fc

dR

Fa

b

c

dra

bR

車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）結(jié)構(gòu)面SSS-1:P1

h

Rf

a

01 fhP

R

a結(jié)構(gòu)面SSS-2:P2

Rf車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）結(jié)構(gòu)面SSS-3:P3

P1結(jié)構(gòu)面SSS-4:1 rhQ

R

dP1

P4

Q1

Q4

0車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）結(jié)構(gòu)面SSS-5:1 fhP

R

a1 rhQ

R

dfR

c

d

Fa

b

c

dra

bR

Fa

b

c

d車身彎曲強(qiáng)度“簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)面法”模型（SSS）作為剛體處理相對(duì)而言，車身前部及后部剛度較強(qiáng)車身彎曲剛度“三組分”模型有研究表明，車身接頭剛度對(duì)整個(gè)車身剛度的影響可達(dá)50%~70%。6.71mmK

2

7000N

2086N/

mm車身彎曲剛度“三組分”模型10.7mmK

2

7000N

1308N/

mm車身彎曲剛度“三組分”模型第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)力學(xué)載荷工況條件第二節(jié)

車身彎曲性能分析計(jì)算第三節(jié)

車身扭轉(zhuǎn)性能分析計(jì)算第四節(jié)

車身結(jié)構(gòu)耐撞性能分析計(jì)算第五節(jié)車身NVH性能分析計(jì)算剛

度強(qiáng)

度吸

能車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體要求彎曲工況彎曲工況正碰工況側(cè)碰工況尾碰工況扭轉(zhuǎn)工況扭轉(zhuǎn)工況車身扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的來(lái)源溝渠扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（Twist

Ditch）恰好脫離地面輪距MAXAXLEt2最大扭矩：

T

W例1車身長(zhǎng)度：

4655

mm；軸距： 2651

mm；前輪距： 1535

mm；后輪距： 1532

mm；前軸荷： 9260

N；后軸荷： 9875

N。某中級(jí)車2018款

1.6L自動(dòng)舒適型2tTMAX

WAXLE

?車身扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求20款轎車扭轉(zhuǎn)力矩樣本數(shù)據(jù)（涵蓋車型：Honda

Accord,Toyota

Camry,

Lexus

LS400,

等）車身扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)裝置扭矩永久變形量7000

Nm車身扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)要求的來(lái)源實(shí)現(xiàn)良好操縱穩(wěn)定性的需求車身扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)要求的來(lái)源KRKRollVehicle

KRollFront2

t K某款典型的中級(jí)轎車，其前/后輪距為1500mm、前/后懸架系統(tǒng)剛度為23N/mm。其側(cè)傾角剛度=？車身扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)要求的來(lái)源11KRollV

KBodyKKRollSuspensK

Effective

車身扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)要求的來(lái)源20,000Nm/°12,000Nm/°數(shù)據(jù)來(lái)源：歐洲車身會(huì)議（2010～2014）及中國(guó)輕量化車身會(huì)議（2013～2014）67輛車扭轉(zhuǎn)剛度樣本實(shí)現(xiàn)良好NVH性能的需求車身扭轉(zhuǎn)性能設(shè)計(jì)要求小結(jié)扭轉(zhuǎn)剛度要求：20,000Nm/°扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求：7,000

Nm車身扭轉(zhuǎn)性能分析模型20世紀(jì)70年代，針對(duì)車身扭轉(zhuǎn)特性分析的早期分析模型將車身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為梁框架結(jié)構(gòu)，仿真計(jì)算得到的車身扭轉(zhuǎn)剛度值僅為實(shí)測(cè)值的10%~30%。研究表明，面單元這一抗剪類型的單元是抵抗扭轉(zhuǎn)載荷的主要結(jié)構(gòu)成分，當(dāng)模型中引入面單元后，能夠顯著改善分析模型的計(jì)算精度，可被用來(lái)對(duì)扭轉(zhuǎn)載荷作用下的車身結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行合理解釋。車身扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的“SSS法”已知條件：輪距：1560mm；所受扭矩：7,730Nm；W=1560mm；W

'=900mm。車身扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的“SSS法”sb

h1

Q1

T

L

Q

0

2

LR

Q3

0

L

Q

0

4

h2

Q5

T

L

w Q

0

Fw000000

w000000

w000000

w000000w000000

0(h0

h1)[LF

(h0

h2

)

L2

(h2

h1

)]

/

Lb

LF0h1

0

6

Q7

0

K

T面單元剪切應(yīng)變能2e

Volume

G

2ab2(Gt)

2

2e

dV

abt

q2G 2G

Volume面單元剪應(yīng)變能：

dV剪應(yīng)力：體積：V

abt材料的剪切模量：t

q剪應(yīng)變：

剪切流：q剪切剛度：Gt=

儲(chǔ)存在面板內(nèi)的所有剪應(yīng)變能之和

T

q2

wh

wh

wL

wL

hL

hL

Gt

Gt

Gt

Gt

Gt

2 2

Gt

前

后

頂

底

側(cè)1

側(cè)2

面單元剪切應(yīng)變能轉(zhuǎn)矩T作用下方盒的變形量為：

根據(jù)能量守恒定理：外部扭矩做的功面單元剪切應(yīng)變能T

2

wh

wh

wL

wL

T

4w

2

h2

Gt

(Gt)

ab

1 1

T

2T

2 2 2wh

所有面

第i面1(Gt)

ab

2

T

2wh

所有面

第i面1

K

T

(2wh)2

(Gt)

ab

所有面

第i面扭轉(zhuǎn)剛度：F

T

剪切流：

q

等效模型1K

(2wh)2

ab

+

ab

+

ab

+

ab

+

ab

+

ab

(Gt)

(Gt)

(Gt)

(Gt)

(Gt)

(Gt)

面1

面2

面3

面4

面5

面61111111K

(2wh)2

+

+

+

+

+

Gt

Gt

Gt

Gt

Gt

Gt

ab

ab

ab

ab

ab

ab

面1

面2

面3

面4

面5

面6面板的剛度方盒模型的修正K

4(1400mm)2

(1250mm)212

21.88

35

31.25

mm3

/

N

6.95*1010

Nmm

/

rad

1,

220,

000Nm

/o

20,

000Nm

/

o面板(mm/N)前面板和后面板（1250mm）（1400mm）/（80000N/mm）＝21.88頂面板和底面板（2000mm）（1400mm）/（80000N/mm）＝35.00左面板和右面板（2000mm）（1250mm）/（80000N/mm）＝31.25對(duì)于某車型，將其簡(jiǎn)化為六方體盒子模型，方盒子的長(zhǎng)、寬、高分別為2000mm、1400mm、1250mm；所有面板的材質(zhì)均為鋼材，剪切模量G為80,000；鋼板厚度為1mm。K

(2wh)2？1

有效剪切剛度有效剪切剛度G

τγatτ

Fγ

δbEFF(Gt)

F

b

ab

S

F測(cè)量的剛度關(guān)系例1Fδ12w

21K

θ12

2j

Fδ＝4θ

δ

bS

F

4K

b

(Gt)EFF

Sjk

0.1

108NEFF4

0.1

108

Nmm

/

rad

1250mm

1400mm

Gt

22.86N

/

mm

80，000N/mm（Gt）例2結(jié)構(gòu)(mm/N)前面板(1250mm)(1400mm)/(80000N/mm)＝21.88頂面板和底面板(2000mm)(1400mm)/(80000N/mm)＝35.00左面板和右面板(2000mm)(1250mm)/(80000N/mm)＝31.25后開(kāi)放式框架(1250mm)(1400mm)/(22.86N/mm)＝76553K

4(1400mm)2

(1250mm)21[2

35

31.25

21.88

76553]mm3

/

N

1.6

108

Nmm

/

rad

2807Nm

/

deg第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)力學(xué)載荷工況條件第二節(jié)

車身彎曲性能分析計(jì)算第三節(jié)

車身扭轉(zhuǎn)性能分析計(jì)算第四節(jié)

車身結(jié)構(gòu)耐撞性能分析計(jì)算第五節(jié)車身NVH性能分析計(jì)算道路交通安全世界各地道路交通死亡人數(shù)2012年15-29歲人群的十大死亡原因2015年9月，出席聯(lián)合國(guó)大會(huì)的國(guó)家元首們通過(guò)了具有重大歷史意義的2030年可持續(xù)發(fā)展議程。新的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中的一項(xiàng)具體目標(biāo)旨在到2020年時(shí)使全球道路交通事故造成的死傷人數(shù)減半。主被動(dòng)安全主動(dòng)安全碰撞被動(dòng)安全事故正常駕駛 危險(xiǎn)幫助保持安全駕駛幫助糾正到安全駕駛狀態(tài)為碰撞做好準(zhǔn)備正常狀態(tài) 危險(xiǎn)出現(xiàn) 可能碰撞 無(wú)法避免駕駛輔助系統(tǒng)介入，調(diào)整到駕駛狀態(tài)減輕碰撞傷害被動(dòng)安全技術(shù)現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向?yàn)榘踩?、環(huán)保和節(jié)能。主動(dòng)安全性：指在交通事故發(fā)生之前采取安全性措施，盡可能的避免交通事故的發(fā)生。被動(dòng)安全性：指在事故發(fā)生的時(shí)候，利用對(duì)車輛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及被動(dòng)安全性裝置，盡可能的減少駕駛員和車上乘員以及車外行人受到傷害的程度。道路交通安全為什么要進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)抗撞性能設(shè)計(jì)？在碰撞事故發(fā)生后，最大程度地保護(hù)乘員和行人。碰撞安全法規(guī)如圖所示為汽車碰撞事故的統(tǒng)計(jì)特征，汽車前部碰撞占交通事故的40.2%，側(cè)面碰撞占25.3%。根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)特征，汽車碰撞法規(guī)中最關(guān)注的是正面碰撞和側(cè)面碰撞。轎車、輕型貨車碰撞部位的平均分布（美國(guó)SAE）碰撞安全法規(guī)各國(guó)正面碰撞法規(guī)的兩種形態(tài)100%重疊率剛性固定障碰撞（100%RB）40%重疊率可變形壁障偏置碰撞（40%

ODB）碰撞安全法規(guī)交通事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果，100%重疊率的正面碰撞和40%重疊率的正面碰撞是實(shí)際交通事故中造成死亡和嚴(yán)重受傷最多的兩種事故形態(tài)。正面碰撞傷亡與碰撞重疊率的分布圖碰撞安全法規(guī)乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)（GB

11551-2003）汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)（GB20071-2006）乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求（GB20072-2006）防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的規(guī)定（GB

11557-1998）汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法（GB15083-2006）汽車安全帶固定點(diǎn)（GB14167-2006）汽車前、后端保護(hù)裝置（GB

17354-1998）C-NCAP

前部正面剛性壁障碰撞試驗(yàn)方法C-NCAP

前部偏置碰撞試驗(yàn)方法C-NCAP

側(cè)面碰撞試驗(yàn)方法C-NCAP

評(píng)分方法中國(guó)篇防止汽車碰撞時(shí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R12）關(guān)于汽車安全帶安裝固定點(diǎn)認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R14）關(guān)于車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R17）關(guān)于車輛內(nèi)部安裝件認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R21）關(guān)于后面碰撞汽車結(jié)構(gòu)特性認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R32）關(guān)于正面碰撞汽車結(jié)構(gòu)特性認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R33）關(guān)于車輛火險(xiǎn)預(yù)防措施認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R34）關(guān)于汽車前后端保護(hù)裝置（保險(xiǎn)杠等）認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R42）關(guān)于車輛正面碰撞乘員保護(hù)認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R94）關(guān)于車輛側(cè)面碰撞乘員保護(hù)認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（ECE

R95）EuroNCAP

前部碰撞試驗(yàn)方法 EuroNCAP

側(cè)面碰撞試驗(yàn)方法EuroNCAP

側(cè)面撞柱評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)EuroNCAP

車輛對(duì)乘員頸部保護(hù)的動(dòng)態(tài)評(píng)估試驗(yàn)方法EuroNCAP

行人保護(hù)試驗(yàn)方法EuroNCAP

兒童保護(hù)評(píng)估方法EuroNCAP

評(píng)估方法與生物力學(xué)極限GTR

行人保護(hù)法規(guī)EC

行人保護(hù)法規(guī)碰撞安全法規(guī)歐洲篇內(nèi)飾件碰撞特性要求及試驗(yàn)方法（FMVSS

201）頭枕的碰撞保護(hù)（FMVSS

202a）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員的碰撞保護(hù)（FMVSS

203）對(duì)方向盤后移量的要求（FMVSS

204）座椅系統(tǒng)（FMVSS

207）乘員碰撞保護(hù)（FMVSS

208）乘員離位（OOP）保護(hù)（FMVSS

208）兒童約束系統(tǒng)要求（FMVSS

208）安全帶安裝固定點(diǎn)認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定（FMVSS

210）兒童約束系統(tǒng)（FMVSS

213）側(cè)面碰撞保護(hù)（FMVSS

214）保險(xiǎn)杠標(biāo)準(zhǔn)（CMVSS

215）車頂抗壓（FMVSS

216）兒童約束安裝點(diǎn)系統(tǒng)（FMVSS

225）燃油系統(tǒng)完整性（FMVSS

301）電動(dòng)車輛的電解液溢出和電擊保護(hù)（FMVSS

305）保險(xiǎn)杠標(biāo)準(zhǔn)（PART

581）US

NCAP

前部碰撞試驗(yàn)方法US

NCAP

側(cè)面碰撞試驗(yàn)方法US

NCAP

翻滾試驗(yàn)方法US

NCAP

評(píng)分方法IIHS

前部碰撞試驗(yàn)方法IIHS

側(cè)面碰撞試驗(yàn)方法IIHS

低速碰撞試驗(yàn)方法碰撞安全法規(guī)北美篇成人安全兒童安全行人安全星級(jí)評(píng)價(jià)碰撞安全法規(guī)安全系統(tǒng)①安全車身結(jié)構(gòu)：減緩一次碰撞的強(qiáng)度，減少一次碰撞帶來(lái)的傷害；確保汽車乘員的生存空間，并保證發(fā)生事故后乘員能夠順利逃逸。具體措施：包括增大塑性變形，吸收更多的能量；保證乘員生存空間。②乘員保護(hù)系統(tǒng)：使用安全帶、安全氣囊等保護(hù)裝置對(duì)駕駛員及乘員加以保護(hù)，以減少二次碰撞造成乘員破損或避免二次碰撞。具體措施：包括配置安全帶、

安全氣囊和安全轉(zhuǎn)向柱等。正面碰撞設(shè)計(jì)要求對(duì)于正碰，汽車與正面剛性壁障碰撞產(chǎn)生的車身加速度響應(yīng)是設(shè)計(jì)流程中的主要考察指標(biāo)。因此，正面碰撞主要考察車輛前端結(jié)構(gòu)的吸能效果?；谄嚺鲎仓械某藛T傷害機(jī)理，對(duì)于轎車車身正面碰撞性提出了如下具體的設(shè)計(jì)要求：1.確保乘員生存空間，減小乘員艙變形、降低對(duì)乘員艙的侵入。2.減小車身減速度。減速度越大，通過(guò)配合使用乘員約束系統(tǒng)減輕乘員傷害的難度也就越大。3.碰撞過(guò)程中車門不能自動(dòng)打開(kāi)，相反地，要保證碰撞后可以不借助工具打開(kāi)至少一側(cè)車門。側(cè)面碰撞設(shè)計(jì)要求由于側(cè)面碰撞中允許的乘員艙變形量很小，而對(duì)乘員艙過(guò)大的侵入是造成乘員傷害的主要原因，所以側(cè)面抗撞性設(shè)計(jì)應(yīng)以減小乘員艙侵入、維持乘員生存空間為重點(diǎn)。具體設(shè)計(jì)要求包括：減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對(duì)乘員艙的侵入量，防止侵入量過(guò)大時(shí)對(duì)乘員的擠壓傷害。減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對(duì)乘員艙的侵入速度，特別是與乘員接觸時(shí)車門的速度，減輕對(duì)乘員的撞擊力。碰撞過(guò)程中車門不能自動(dòng)打開(kāi)，相反地，要保證碰撞后可以不使用工具打開(kāi)至少一側(cè)車門。尾部碰撞設(shè)計(jì)要求尾碰抗撞性的具體設(shè)計(jì)要求包括：減小乘員艙變形量。減小碰撞中車身的減速度，減輕乘員頸部的鞭梢性傷害。在碰撞中維持燃油箱的存放空間，減小對(duì)燃油箱、油路的擠壓。頂部壓潰設(shè)計(jì)要求車頂壓潰一般發(fā)生在汽車滾翻工況。具體設(shè)計(jì)要求包括：1.提高車頂?shù)闹蝿偠龋瑴p小乘員艙的變形量。2.碰撞過(guò)程中車門不能自動(dòng)打開(kāi)；相反地，要保證碰撞后可以不使用工具打開(kāi)至少一側(cè)車門。低速碰撞設(shè)計(jì)要求低速碰撞主要關(guān)心的是避免汽車重要部件的損壞，以減少因撞車帶來(lái)的維修費(fèi)用。因此，要求設(shè)置低速碰撞吸能區(qū)，使低速碰撞汽車的動(dòng)能主要通過(guò)低速碰撞吸能區(qū)的變形被吸收，并盡量不使低速碰撞吸能區(qū)后部的車身主要結(jié)構(gòu)發(fā)生永久變形。行人碰撞保護(hù)設(shè)計(jì)要求當(dāng)汽車撞擊行人時(shí)，對(duì)行人的傷害一般包括一次碰撞時(shí)由保險(xiǎn)杠、前散熱罩和發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋前端等產(chǎn)生的下肢傷害，行人與發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋和風(fēng)窗玻璃等二次碰撞產(chǎn)生的對(duì)行人頭部的傷害，以及受撞擊后行人與路面三次碰撞產(chǎn)生的傷害。針對(duì)前面兩項(xiàng)傷害，在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將相應(yīng)部位的剛度設(shè)計(jì)得軟一些，以緩沖對(duì)人體的撞擊。這些部位通常包括前保險(xiǎn)杠、前散熱器罩、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋前端、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋上表面以及風(fēng)窗玻璃等。另外，在行人保護(hù)措施中，防止車體凸出物對(duì)行人的傷害也很重要，例如，在車標(biāo)的設(shè)計(jì)中應(yīng)避免有尖銳部分。正面碰撞結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)正面碰撞性能開(kāi)發(fā)：正面碰撞仿真正面碰撞結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)在t=20ms

時(shí)，

前保險(xiǎn)杠被撞壞，發(fā)動(dòng)機(jī)艙腰線和大梁被施加了碰撞載荷。在t=30~60ms時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙腰線像手風(fēng)琴那樣發(fā)生折皺，發(fā)動(dòng)機(jī)與壁障接觸，并開(kāi)始減速。腰線和腰線以上的部分繼續(xù)繼續(xù)發(fā)生折疊，發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輪胎與壁障發(fā)生

碰撞。在t=80～100ms時(shí)，汽車速度減為零，發(fā)動(dòng)機(jī)艙變形量為Δ

。正面碰撞結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)剛開(kāi)始碰撞時(shí)，由于前保險(xiǎn)杠遭到破壞，產(chǎn)生的載荷還比較小，隨后當(dāng)腰線開(kāi)始加載時(shí)，載荷圖線產(chǎn)生一個(gè)突起，說(shuō)明產(chǎn)生的載荷突然增加數(shù)倍。另一個(gè)載荷突變發(fā)生在t=35ms時(shí)刻，這時(shí)，剛性發(fā)動(dòng)機(jī)與壁障發(fā)生碰撞，發(fā)動(dòng)機(jī)突然減速。之后，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)繼續(xù)發(fā)生折疊變形，產(chǎn)生的載荷都相對(duì)穩(wěn)定。正面碰撞結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)汽

車

車

速

一

開(kāi)

始

是

逐

漸

減

少

，

在t=30ms時(shí)，車速開(kāi)始呈陡斜線下降，直至為零。任意時(shí)刻t的斜率就是那一時(shí)刻汽車質(zhì)心的加速度。碰撞過(guò)程中的車輛質(zhì)心加（減）速度水平直接反映了傷害程度的大小，如果質(zhì)心的加速度水平較低也就意味著對(duì)乘員的傷害量也將較小。因此，可以通過(guò)控制碰撞過(guò)程中的加速度水平作為正碰抗撞性結(jié)構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要求。正面碰撞簡(jiǎn)化模型?????=???0??2??

??0????2=?

??假設(shè)碰撞載荷為常量????，則車身前部碰撞時(shí)均勻變形正面碰撞簡(jiǎn)化模型已知：某市場(chǎng)主流B級(jí)車2016款

1.8T豪華型( 整備質(zhì)量1545kg)+駕駛員(75kg)

M=1620kg；

初速度為50km/h；碰撞力為300kN。求：碰撞加速度、碰撞結(jié)束時(shí)間、碰撞變形量？22d x

dt2M 1620kg

F0

300,000N

185.18m

/

sec

18.87gFINALtF

MV0

1620kg

50km/h

(1000m

/

km)

/

(3600

sec20Fkm2M300000N2

1620kg

hr

50km/h

1000m

x

0 t2

vt

0.075sec

0.075sec

0.521m

3600

sec

正面碰撞簡(jiǎn)化模型擴(kuò)展將碰撞載荷定義為隨變形變化的非線性曲線來(lái)進(jìn)行單質(zhì)點(diǎn)模型的擴(kuò)展。采用“載荷-變形特性曲線”所圍成的面積與前面所使用的定載荷曲線所圍成的面積相同，也就意味著這兩種變形模式所做的功是相等的。用碰撞效率系數(shù)對(duì)這個(gè)非線性碰撞載荷特性曲線進(jìn)行描述：??

=????????????????=????????????????????=????????????????正面碰撞簡(jiǎn)化模型利用碰撞效率系數(shù)，可以對(duì)不同的碰撞加速度特性曲線反映出來(lái)的乘員傷害水平高低進(jìn)行定性評(píng)估。碰撞效率系數(shù)越接近1，也就是說(shuō)車輛質(zhì)心加速度響應(yīng)曲線越接近方形，乘員頭部傷害水平越低。在進(jìn)行汽車前部吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將碰撞過(guò)程的車輛質(zhì)心加速度響應(yīng)曲線設(shè)計(jì)成方形。加速度峰值目標(biāo)值以試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)初速與剛性壁障碰撞后，車速的時(shí)域響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線，曲線的斜率為汽車加速度。加速度峰值區(qū)間為20g-30g。一般來(lái)說(shuō)，較小的加速度峰值，對(duì)乘員造成的傷害也較低，可以將加速度峰值20g作為進(jìn)行吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)值。車身前部吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)碰撞效率系數(shù)：η～1加速度峰值：20g

左右正面碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則根據(jù)正碰過(guò)程車輛響應(yīng)特性的分析結(jié)果，針對(duì)正碰載荷工況的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可歸納為一句話：車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)車輛以可控的均勻加速度響應(yīng)特性對(duì)碰撞能量進(jìn)行吸收。將這一基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分解為車身結(jié)構(gòu)初期設(shè)計(jì)階段的3個(gè)要求：（1）汽車加速度響應(yīng)特性的峰值

????????

；（2）合理的吸能區(qū)可變形空間

? ；（3）盡量均勻的碰撞載荷力

???????? 。正面碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟120????2=

?????????正面碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則針對(duì)車身前部吸能區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循如下步驟：（1）基于限制乘員傷害指標(biāo)的需求，確定車身允許的加速度峰值；（2）確定結(jié)構(gòu)效率系數(shù)與碰撞變形量的乘積，設(shè)定許可的碰撞變形空間，得出碰撞結(jié)構(gòu)效率系數(shù)；（3）根據(jù)第（2）步得出的結(jié)構(gòu)效率系數(shù)，計(jì)算出碰撞中許可產(chǎn)生的平均載荷和最大碰撞載荷；將第（3）步得出的各載荷作用于車身前部吸能區(qū)的結(jié)構(gòu)單元上；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)第（4）步得到的載荷在車身結(jié)構(gòu)各傳力路徑上進(jìn)行分配。正面碰撞結(jié)構(gòu)載荷分配比例發(fā)動(dòng)機(jī)罩及翼子板承受10%；翼子板上部下方的結(jié)構(gòu)（發(fā)動(dòng)機(jī)艙上縱梁等）承受20%；前縱梁等中部車身結(jié)構(gòu)承受50%；下部支架承受20%。正面碰撞結(jié)構(gòu)抗撞性理想效果通過(guò)合理地設(shè)置碰撞力傳遞路徑，使碰撞能量直接傳遞到車身框架上，有利于碰撞能量的吸收。輔以車身A柱、門檻以及B柱鉸接位置的加強(qiáng)，引導(dǎo)碰撞能量的分流，保障乘員艙的完整性，確保碰撞中及碰撞后乘員擁有良好的生存空間。在碰撞過(guò)程中前部吸能區(qū)能夠按照所期望的變形特性（加速度響應(yīng)、力響應(yīng)等）產(chǎn)生永久塑性變形吸收碰撞能量；乘員艙則能夠提供足夠的剛性以保障乘員的生存空間，并在乘員約束系統(tǒng)的保護(hù)下盡可能減小各項(xiàng)傷害指標(biāo)。變形量變形量吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)是依據(jù)所確定的碰撞平均載荷和最大載荷條件，進(jìn)行吸能區(qū)結(jié)構(gòu)單元的尺寸設(shè)計(jì)和材料選擇，保證吸能區(qū)能夠按照所期望的變形模式實(shí)現(xiàn)對(duì)碰撞能量的吸收。前縱梁為主的中部車身結(jié)構(gòu)件傳遞約50%的碰撞力。吸能梁壓潰特性當(dāng)F較小時(shí)，方形截面薄壁結(jié)構(gòu)承受壓應(yīng)力。隨著軸向力逐漸增大，薄壁結(jié)構(gòu)開(kāi)始產(chǎn)生彎曲直至達(dá)到薄壁結(jié)構(gòu)的屈曲臨界載荷。當(dāng)軸向力達(dá)到該結(jié)構(gòu)臨界載荷，薄壁結(jié)構(gòu)將發(fā)生跛行破壞（彎曲變形），并伴隨著軸向力的下降。吸能梁壓潰特性當(dāng)跛行破壞（彎曲變形）達(dá)到一定的程度，軸向力又開(kāi)始增加。到這個(gè)薄壁結(jié)構(gòu)被壓平為止，其壓潰過(guò)程將有節(jié)奏地重復(fù)下去，載荷-變形曲線繞著平均碰撞載荷上下擺動(dòng)。薄壁吸能梁截面形式Honda

Insight前縱梁截面結(jié)構(gòu)車身前部引導(dǎo)結(jié)構(gòu)為了提高碰撞效率系數(shù)，就需要盡量減小最大碰撞載荷。最大碰撞載荷是由發(fā)生跛行破壞時(shí)出現(xiàn)的第一個(gè)結(jié)構(gòu)破壞拐角點(diǎn)所決定的，因此可以通過(guò)設(shè)置褶皺等“加速”的方式使得結(jié)構(gòu)的屈曲破壞提前到來(lái)。MPPMAX

386t1.86b0.14

0.5

2.87PP1

1.42P/

FMAX

FAVG

PM

/

(2.87PM

)

0.35

PM/(1.42PM)

0.7正面偏置碰撞設(shè)計(jì)與正面剛性壁障碰撞不同，偏置碰撞實(shí)驗(yàn)更加注重考察車身結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，而正面碰撞則除結(jié)構(gòu)抗撞性設(shè)計(jì)之外側(cè)重考察乘員約束系統(tǒng)對(duì)乘員的保護(hù)能力。目前，比較主流的設(shè)計(jì)理念是先以偏置碰撞為主對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后依據(jù)正面剛性壁障碰撞要求對(duì)乘員約束系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。偏置碰撞實(shí)驗(yàn)中，車輛受到撞擊的部位只有左側(cè)，并且由于有吸能材料參與作用過(guò)程，車身加速度與正碰工況相比要低很多。由于偏置碰撞對(duì)假人的傷害主要是由乘員艙零部件的變形造成的侵入接觸，因此面向偏置碰撞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是合理控制車身關(guān)鍵部位的侵入量，如前隔板侵入量、轉(zhuǎn)向盤跳動(dòng)量及轉(zhuǎn)角、踏板侵入量、A柱變形量等。正面偏置碰撞設(shè)計(jì)偏置碰撞工況下，車身傳力路徑主要分為上、中、下三層?！罢{(diào)整路徑、控制能量”正面偏置碰撞設(shè)計(jì)合理的碰撞傳力路徑設(shè)計(jì)能夠更好地實(shí)現(xiàn)碰撞能量的分流，有利于有效地降低各碰撞侵入量。車身結(jié)構(gòu)的上部吸收部分碰撞能量，并將其余能量向A柱和前圍及其加強(qiáng)梁進(jìn)行分散傳遞。車身結(jié)構(gòu)的中部是主要的傳力路徑，吸能結(jié)構(gòu)包括前縱梁、保險(xiǎn)杠緩沖梁和吸能盒等，保險(xiǎn)杠緩沖梁和吸能盒將受到的碰撞能量進(jìn)行左右分流和初步吸收，并通過(guò)它們將能量向前縱梁延伸板、門檻、中央通道等部位分散傳遞。車身結(jié)構(gòu)的下部副車架通過(guò)行人保護(hù)下托架朝前伸展，更早地主動(dòng)參與能量吸收和傳遞，副車架吸收部分從前部傳來(lái)的碰撞能量，并將其余能量向前縱梁延伸板和門檻等分散傳遞。在合理設(shè)計(jì)傳力路徑的基礎(chǔ)上，優(yōu)化匹配各零部件的剛度，關(guān)鍵零部件可采用高強(qiáng)度鋼，將獲得較好的偏置偏置耐撞性。側(cè)面碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37.6%的汽車碰撞類型為側(cè)面碰撞，所占比例僅次于正面碰撞，因此在進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)側(cè)碰工況給予特別關(guān)注。由于汽車側(cè)面空間有限，車身強(qiáng)度相對(duì)其他區(qū)域較弱，側(cè)圍缺乏有效吸收碰撞能量的裝置，且碰撞作用點(diǎn)緊鄰乘員艙，通常會(huì)對(duì)乘員造成較大傷害，因此在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的挑戰(zhàn)更為嚴(yán)峻。我國(guó)于2006年7月1日正式頒布實(shí)施強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》（GB

20071-2006）。側(cè)面碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已有研究表明，側(cè)碰工況下，車輛左前門內(nèi)側(cè)相對(duì)應(yīng)假人胸部、腹部和骨盆三個(gè)區(qū)域處的侵入量和侵入速度對(duì)假人傷害影響最大。側(cè)碰事件時(shí)間歷程t1：車門與假人接觸，假人開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；tF：車門與假人接觸結(jié)束t2：避障與汽車碰撞結(jié)束假人的損傷指標(biāo)與VtF高度相關(guān)側(cè)碰簡(jiǎn)化模型??1??0

=??1

+

??2

??22?? =??1??1+

??2??0側(cè)碰簡(jiǎn)化模型因此，壁障及車體的加速度為：碰撞結(jié)束時(shí)刻為：假設(shè)碰撞載荷為理想方波特性側(cè)碰簡(jiǎn)化模型212

V0T??碰撞產(chǎn)生的位移=???????d??面積即位移面積差為變形差包含假人側(cè)碰簡(jiǎn)化模型門與假人間距

0

車門厚度包含假人側(cè)碰簡(jiǎn)化模型因此，車門與假人發(fā)生碰撞接觸的開(kāi)始時(shí)刻為：包含假人側(cè)碰簡(jiǎn)化模型因此，車門與假人碰撞終止的時(shí)刻為：側(cè)碰傳力路徑分析在側(cè)碰中，B柱和門檻是兩條最主要的傳力路徑。其中，B柱為垂向傳力路徑，向上傳遞至車頂縱梁，然后通過(guò)車頂支撐橫梁橫向傳遞；門檻為縱向傳力路徑，向前傳遞至A柱，向后傳遞至C柱，同時(shí)也會(huì)通過(guò)底板橫向支撐梁橫向傳遞。在側(cè)碰中，應(yīng)盡早使盡量多的零部件參與碰撞過(guò)程中的變形吸能，才能夠使得在相同的變形量下側(cè)向結(jié)構(gòu)吸收更多的能量，其余的能量將會(huì)轉(zhuǎn)化為車門的動(dòng)能與車內(nèi)乘員發(fā)生碰撞。為了保證車輛在側(cè)面碰撞中有足夠的乘員生存空間，同時(shí)降低側(cè)面碰撞中側(cè)面結(jié)構(gòu)侵入造成乘員的接觸傷害，應(yīng)盡量降低車輛側(cè)面碰撞中側(cè)面結(jié)構(gòu)的侵入量。側(cè)碰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)由于時(shí)刻

???? 的假人模型速度?????? 能夠很好地代表假人的受傷害水平，在進(jìn)行側(cè)碰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)那些對(duì)速度

?????? 有重要影響的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。F2

高一些比較理想??????

，??側(cè)碰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)寬度

的合理增加有利于減小乘員傷害水平

電動(dòng)汽車車身抗撞性能特點(diǎn)質(zhì)量分布特征變化、質(zhì)心下移，導(dǎo)致載荷分配比例發(fā)生改變；下部傳力路徑需承擔(dān)更大比例的碰撞載荷；由于車身地板下部需要布置動(dòng)力電池，其地板下部結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大變化。一種為傳統(tǒng)鋼制平臺(tái)地板，最大化地與燃油車通用平臺(tái)；另一種為純電動(dòng)車型專有平臺(tái)，完全以電動(dòng)為核心區(qū)進(jìn)行布置。第一節(jié)

車身結(jié)構(gòu)力學(xué)載荷工況條件第二節(jié)

車身彎曲性能分析計(jì)算第三節(jié)

車身扭轉(zhuǎn)性能分析計(jì)算第四節(jié)

車身結(jié)構(gòu)耐撞性能分析計(jì)算第五節(jié)車身NVH性能分析計(jì)算政府法規(guī)競(jìng)爭(zhēng)車為什么要進(jìn)行NVH？公司的需要和技術(shù)能力顧客的要求汽車所有的結(jié)構(gòu)都有NVH問(wèn)題車身動(dòng)力系統(tǒng)底盤及懸架環(huán)境控制系統(tǒng)電子系統(tǒng)……在所有性能領(lǐng)域（NVH、剛度與強(qiáng)度、安全碰撞、操控、能耗經(jīng)濟(jì)性、等）中，NVH是涉及面最廣的領(lǐng)域。NVH性能體現(xiàn)OEM及Supplier的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)水平和生產(chǎn)制造水平；1/3的故障問(wèn)題與NVH相關(guān)；約20%的研發(fā)費(fèi)用用于NVH性能的優(yōu)化與控制。噪聲

Noise:是人們不希望的聲音注解:

聲音有時(shí)是我們需要的是由頻率,

聲級(jí)和品質(zhì)決定的頻率范圍:20-10,000Hz振動(dòng)

Vibration人身體對(duì)運(yùn)動(dòng)的感覺(jué),

頻率通常在0.5-200Hz是由頻率、振動(dòng)級(jí)和方向決定的不舒服的感覺(jué)

Harshness-Rough,gratingordiscordant

sensation什么是NVH？

NVH:

Noise,

Vibration

and

Harshness汽車所受到的主要激振源有：具有寬頻帶的路面不平激勵(lì)；車輪及輪胎的質(zhì)量不平衡、剛度不均勻特性對(duì)軸頭處所帶來(lái)的激勵(lì)力；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的激勵(lì)；高速工況及駛經(jīng)風(fēng)口的風(fēng)載激勵(lì)。激勵(lì)傳遞的重要路徑，通過(guò)振動(dòng)和聲輻射，成為乘員可以感知的振動(dòng)和噪聲；無(wú)限個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，時(shí)變激勵(lì)可激發(fā)整車和局部振動(dòng)。隔振降噪措施：降幅、隔振、移頻模態(tài)分離車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要使車身避免與振動(dòng)源和響應(yīng)結(jié)構(gòu)發(fā)生共振；解決的途徑是：模態(tài)分離。實(shí)現(xiàn)模態(tài)分離，即可避免大多數(shù)的振動(dòng)問(wèn)題。模態(tài)分離策略頻率

(Hz)5101520253035404550車身/車架車身第一階垂向彎曲模態(tài)車身第一階橫向彎曲模態(tài)車身扭轉(zhuǎn)模態(tài)27.5

Hz29.7

Hz25.4

Hz方向盤方向盤第一階垂向彎曲模態(tài)方向盤第一階橫向彎曲模態(tài)33.5

Hz36.2

Hz底盤前車架上下跳動(dòng)模態(tài)后車架上下跳動(dòng)模態(tài)12.6

Hz14.8

Hz動(dòng)力裝置前后移動(dòng)模態(tài)7.2

Hz左右移動(dòng)模態(tài)6.1

Hz上下移動(dòng)模態(tài)8.3

Hz橫向搖轉(zhuǎn)模態(tài)13.5

Hz縱向搖轉(zhuǎn)模態(tài)10.3

Hz左右搖轉(zhuǎn)模態(tài)12.4

Hz排氣系統(tǒng)第一階垂向彎曲模態(tài)第一階橫向彎曲模態(tài)第一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)23.2

Hz35.5

Hz42.7

Hz怠速頻率在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的初期，對(duì)所有系統(tǒng)和部件建立模態(tài)頻率表；為設(shè)計(jì)和目標(biāo)提供模態(tài)分析策略。人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)10Hz以下，車身結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為剛體；100Hz以上，振動(dòng)特性以局部模態(tài)為主；開(kāi)發(fā)后期可更改10-100Hz頻率范圍的車身振動(dòng)應(yīng)在開(kāi)發(fā)中密切關(guān)注，后期很難更改。人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)車輛-座椅-人體振動(dòng)模型：人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)垂向振動(dòng)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)：曲線呈現(xiàn)U型；6垂向振動(dòng)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)：人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)2d

2

x(t)dtf

(t)

kx(t)

md

2

x(t)dt

2

X

2sin(

t)F

kX1X

F k

m

2n

2

kFmX

1/

k

P

21

n

f

(t)

F

sx(t)

X

s固有頻率或共振頻率傳遞函數(shù)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)垂向振動(dòng)位移某動(dòng)力總成的總質(zhì)量為100kg，垂向剛度為600N/mm的橡膠懸置限制了其垂向運(yùn)動(dòng)。近似地認(rèn)為動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)與一個(gè)質(zhì)量為無(wú)限大的底板（大地）相連。1）計(jì)算該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率；

2）在發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心處施加一個(gè)幅值為500N，頻率為15Hz的垂向正弦激勵(lì)力，此時(shí)動(dòng)力總成的振動(dòng)幅值為多少？2）在發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心處施加一個(gè)幅值為500N，頻率為15Hz的垂向正弦激勵(lì)力，此時(shí)動(dòng)力總成的振動(dòng)幅值為多少？FX

1/

k

3.48

10

6

m

/

N

21

n

X

(

3.48

10

6

m

/

N

)(500N

)

1.738

10

3

m????

=?? 600

??Τ??

?? 1000??

??Τ????

= 100????=77.46????

??Τ????2???? =????=

12.33Hzdtdx(t)

X

cos(

t)2dt

2X

sin(

t)d

2

x(t)

單自由度振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)幅值之間的關(guān)系：振動(dòng)試驗(yàn)中，常用測(cè)試工具為加速度傳感器，可方便測(cè)出加速度幅值，位移和速度幅值較難測(cè)量。幅值x(t)

X s單自由度振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)幅值之間的關(guān)系：動(dòng)力總成振動(dòng)測(cè)試在動(dòng)力總成振動(dòng)試驗(yàn)中，利用加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。在頻率為40Hz的正弦激勵(lì)下，加速度傳感器記錄的幅值為10g。那么，該系統(tǒng)的振動(dòng)位移幅值為？加速度幅值=X

2振動(dòng)位移幅值

X

加速度幅值/

2X

(10g

)

(9.8m

/

s2

)

/

[40Hz

(2

rad

/

cycle)]2

1.55

10

3

m單自由度振動(dòng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的頻域特性：F

kXX

1F k彈簧特性區(qū)：共振特性區(qū)：X

1F

k

n

2

質(zhì)量特性區(qū)：F

m(

X

2

)X 1F

2

m

單自由度振動(dòng)系統(tǒng)DF

C(velocity)C2 km

FD

C(

X

)

2

km

2

X

1 1FD 2

k

(

/

n)XFD2

k

n

1nXFD

k

2

2

n

n

為半功率幅值（A

/ 2）處的帶寬共振時(shí)的幅值：粘性阻尼庫(kù)倫阻尼FD

kX懸架系統(tǒng)中的液力減振器一般為粘性阻尼，取2N.

s/mm橡膠懸置/襯套一般為庫(kù)倫阻尼，

0.05<η<0.2習(xí)題：動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的共振振幅動(dòng)力總成的質(zhì)量為100kg，懸置系統(tǒng)垂向剛度為600N/mm，損耗因子為0.1。以懸置系統(tǒng)的共振頻率為激振頻率對(duì)系統(tǒng)施加500N的激勵(lì)力。懸置系統(tǒng)在共振時(shí)的振幅為多少？1nX 1FD

0.0167

10

3

m

/

N

k 0.1

600

1000單自由度振動(dòng)系統(tǒng)X

500N

(0.0167

10

35單自由度振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的傳遞函數(shù)：振動(dòng)源-路徑-接收體模型轉(zhuǎn)向管柱系統(tǒng)振動(dòng)建模1轉(zhuǎn)向管柱的安裝結(jié)構(gòu)如圖所示，在轉(zhuǎn)向盤處測(cè)量得到的垂向剛度為200N/mm。轉(zhuǎn)向盤的質(zhì)量m=5kg，安裝在轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)上，組成一個(gè)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。這個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率？nkm5kg

(200N

/

mm)(1000mm

/

meter)

200rad

/

secnn2

f

1

31.8Hz轉(zhuǎn)向管柱系統(tǒng)振動(dòng)建模2如果在上述振動(dòng)系統(tǒng)中將安全氣囊系統(tǒng)的質(zhì)量（此例中ACRS的質(zhì)量為4.5kg）考慮進(jìn)去，則轉(zhuǎn)向管柱系統(tǒng)的共振頻率？nkm

(200N/mm)(1000mm

/

meter)

145rad

/

sec(5

4.5)kgnn2

f

1

23.1Hz振動(dòng)源建模假設(shè)與該轉(zhuǎn)向管柱振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)源來(lái)自配有自動(dòng)變速箱的前輪驅(qū)動(dòng)橫置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。燃燒室每次點(diǎn)火，曲軸就有一次轉(zhuǎn)矩脈沖。對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，每缸每轉(zhuǎn)兩圈就有一次脈沖。因此，轉(zhuǎn)速為N轉(zhuǎn)/分的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其怠速工況（N=700rpm）下的激勵(lì)頻率為？

4(1

/

2rev)(N

rev

/

min)(1min/

60

sec)

(

700

/

30

振動(dòng)源-路徑-接收體模型F

(

)

X

(

)

X

(

)

F

(

)

F

(

)P(

)

X

(

)TF

(

)

FT

(

)

X

(

)

X

(

)

F

(

)F (

)

F

(

)

T

(

)P(

)

X

(

)振動(dòng)源-路徑-接收體系統(tǒng)模型振動(dòng)源-路徑-接收體模型發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)振動(dòng)分析發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸振動(dòng)激勵(lì)：發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)振動(dòng)分析有阻尼單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)傳遞率：F0為激振力，F(xiàn)T為被傳遞力無(wú)論阻尼大小，僅當(dāng)頻率比??/????

>

??時(shí)才有隔振效果；當(dāng)??/????

>

??時(shí)，阻尼增大使隔振系數(shù)增大，降低了隔振效果。阻尼比不是越小越好，一般希望有輕微阻尼以限制過(guò)共振時(shí)的振幅，但又不要太大已免降低隔振效果。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)振動(dòng)分析發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的隔振模型：懸置系統(tǒng)有隔振效果：例1：發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振頻率（無(wú)阻尼情況）某四缸汽油機(jī)與自動(dòng)變速器所組成的動(dòng)力總成質(zhì)量為100kg，懸置系統(tǒng)垂向