1、普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材汽車車身設(shè)計(jì),第三章 車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ团c力學(xué)模型,提綱,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷 第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求 第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,白車身（BIW-Body In White）,概念：指已經(jīng)裝焊好的白皮車身；主要包括車身結(jié)構(gòu)焊接總成和車身閉合件（C

2、losure，車門、發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋等）焊接總成，不包括車身附屬設(shè)備和裝飾件,白車身的設(shè)計(jì)要求,車身結(jié)構(gòu)的性能要求 理想的碰撞特性 輕量化和低成本 遵循總布置尺寸約束 基于平臺的系列設(shè)計(jì) 滿足車身制造要求,承載系統(tǒng) 包括車身和車架 按承載型式不同分類 非承載式 承載式,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（一）非承載式車身,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,特點(diǎn) 屬于帶有獨(dú)立完整車架的車身結(jié)構(gòu)。動力總成、懸架和轉(zhuǎn)向系等均安裝于車架；車身通過橡膠墊或懸置用螺栓與車架連接 載荷主要由車架承擔(dān)，車身承

3、載的多少只是相對車架而言 多用于有較寬松空間的高級轎車上 優(yōu)點(diǎn) 車身與車架彈性連接，乘坐舒適性好；便于車身的改型,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,典型結(jié)構(gòu)-車架 多由閉式箱形梁組成，板厚2mm3mm，具有抗彎曲剛度和較高的抗扭剛度 正碰時(shí)，能量首先由車架承受；通過有目的的由前向后以車身橫斷面分級，將碰撞能量可以傳遞到指定區(qū)域 側(cè)碰時(shí)，撞點(diǎn)位置往往在門檻梁的上部（車門和門柱），只有一部分能量由車身門檻傳到車架,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（二）承載式車身 將車架的作用融入車身的結(jié)構(gòu)，又稱整

4、體式車身結(jié)構(gòu)，它承擔(dān)承載系統(tǒng)的全部功能，發(fā)動機(jī)和行走系的支點(diǎn)都在車身上,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（二）承載式車身 通常將發(fā)動機(jī)和行走系通過副車架與車身底架連接 副車架與車身底架縱梁之間設(shè)有橡膠墊，以減弱發(fā)動機(jī)和懸架的振動對車身的影響 將動力總成和懸架等與副車架形成一個(gè)組裝部件，對生產(chǎn)和使用都帶來方便,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（二）承載式車身 優(yōu)點(diǎn) 整體剛度大，重量輕，整車高度低 生產(chǎn)效率高 是現(xiàn)在轎車中常見的結(jié)構(gòu),第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用

5、在車身、車架上的載荷,（一）在各種典型路況下車身、車架所受的載荷 整車和車身參考坐標(biāo)系 取通過懸掛質(zhì)量系統(tǒng)質(zhì)心的坐標(biāo)系x y z,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（一）在各種典型路況下車身、車架所受的載荷 汽車行駛時(shí)作用在車身上力,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（一）在各種典型路況下車身、車架所受的載荷 動荷系數(shù) 決定因素 道路條件 汽車行駛狀況 汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù) 動荷系數(shù)難以用數(shù)學(xué)分析法確定，常取一些理論研究與試驗(yàn)修正相結(jié)合的半經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式

6、 二、作用在車身、車架上的載荷,（一）在各種典型路況下車身、車架所受的載荷 典型路況 路段 ：產(chǎn)生對稱于汽車縱向?qū)ΨQ面的垂直力Fzs 路段：產(chǎn)生的加速度與速度平方成正比，與曲率半徑成反比 路段：使左右車輪垂直加速度不同 路段：將產(chǎn)生垂直加速度和縱向力Fx 路段：產(chǎn)生側(cè)向加速度和側(cè)向力Fy,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,1影響車身強(qiáng)度的基本載荷對稱垂直載荷,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,2影響車身強(qiáng)度的基本載荷非對稱垂直載荷 承載系統(tǒng)上作用非對稱于汽車縱軸線的垂直載荷 載荷可分解為對稱垂直

7、作用力Fzn和車身繞x軸的轉(zhuǎn)矩Tx,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（二）隨機(jī)載荷疲勞載荷 汽車在道路上行駛時(shí)，車身和車架承受著懸架傳來的路面隨機(jī)載荷 隨機(jī)載荷引起構(gòu)件反復(fù)交變的應(yīng)力，會導(dǎo)致汽車結(jié)構(gòu)疲勞損壞 影響因素：路面情況、汽車使用條件和結(jié)構(gòu)參數(shù) 隨機(jī)載荷的描述統(tǒng)計(jì) 道路試驗(yàn)方法 數(shù)字分析方法,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（三）標(biāo)準(zhǔn)載荷G載荷 汽車公司根據(jù)各地區(qū)使用條件制定的 用途 對整備車身結(jié)構(gòu)懸置點(diǎn)位置施加約束，完成標(biāo)準(zhǔn)工況的載荷分析，模擬車身具體的變形，分析車身載荷的分布和高應(yīng)

8、力區(qū) 一般用于已建立車身拓?fù)淠Ｐ秃蛶缀螀?shù)模型的車身設(shè)計(jì)階段，通過計(jì)算可得指導(dǎo)性的應(yīng)力信息 三種標(biāo)準(zhǔn)G載荷工況,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（三）標(biāo)準(zhǔn)載荷G載荷 標(biāo)準(zhǔn)載荷分析的主要缺點(diǎn) 不能預(yù)測疲勞壽命 只有在構(gòu)造詳細(xì)結(jié)構(gòu)后，方可進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,（四）作用在車身上的其它非破壞性的作用力 輕微沖撞力 發(fā)動機(jī)和傳動系傳來的力 牽引力和拖拽力 千斤頂和懸吊作用力 以及安全帶固定點(diǎn)的作用力等非破壞性作用力,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二

9、、作用在車身、車架上的載荷,（五）碰撞載荷,第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 一、車身結(jié)構(gòu)承載型式 二、作用在車身、車架上的載荷,車身結(jié)構(gòu)布置受整車布置和造型的制約 白車身結(jié)構(gòu) 由構(gòu)件及其接頭和板殼零件共同組成 是承受載荷和傳遞載荷的基本系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了載荷路徑 一般鋼結(jié)構(gòu)車身構(gòu)件 由成形鋼板制件焊接組合 截面為閉口或開口的薄壁桿件 在車身中起支承和加強(qiáng)的作用,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,車身下部 前、后縱梁 底架各橫梁 地板及其兩側(cè)邊梁與側(cè)圍外板組成的門檻 地板中間通道 前圍板、后隔板 懸架支座及輪罩

10、等 車身上部 側(cè)圍的A、B、C柱 頂蓋及其邊梁 風(fēng)窗上、下橫梁等,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,車身分成前車身，中、后部車身 前部車身 車身前部敞開部分承受比較大的集中力，主要由底架的前縱梁支承，并傳至整個(gè)車身前部結(jié)構(gòu) 前車身的導(dǎo)風(fēng)板及散熱器框架等板殼零件也是車身結(jié)構(gòu)的承力構(gòu)件 受到高速撞擊時(shí)車頭首當(dāng)其沖，車身設(shè)計(jì)必須使其能有效地吸收沖擊能量 車身中段 乘坐室部分主要承受分散在地板上的重力 車身后部 行李箱承受油箱、備胎和行李等重力，后縱梁承受后懸架支承力,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身

11、結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,乘坐車室與前部敝開部分連接區(qū)域剛度的加強(qiáng) 縱梁到門檻的扭矩盒 前鉸鏈柱上端向前指的短槍梁 斜梁或接頭圓角的設(shè)計(jì) 通過前縱梁力流的分散 由前縱梁上部平面懸架支座附近，往后下方分叉斜伸出兩根短梁，通到地板中間通道橫梁和A柱的鉸鏈柱段,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,車身中部 底架總成的中部由地板和前圍板組成，其支撐結(jié)構(gòu)是門檻梁和與地板焊接在一起的帽形橫梁。帽形橫梁主要用于加強(qiáng)左右門檻之間的聯(lián)系，并承受側(cè)向碰撞力 地板的中間通道有利于提高地板的抗彎

12、能力 上部的框架結(jié)構(gòu)由側(cè)圍總成、前/后風(fēng)窗框、前圍板/后隔板及車頂梁構(gòu)成 側(cè)圍在車身整體彎曲剛性中起重要作用 前圍板、后隔板具有很高的車身橫向抗剪剛度,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,后部車身 對于斜背式或快背式，扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪力則主要由后部框架承受 地板總成后部零件承擔(dān)著后懸架傳來的力，這些力主要由后縱梁和后地板分擔(dān) 后縱梁與乘坐室的連接，應(yīng)該有利于載荷分流,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置應(yīng)使車身構(gòu)成一個(gè)連續(xù)

13、完整的受力系統(tǒng)與合理的載荷路徑,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)洳贾迷O(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)中要首先完成的工作 車身拓?fù)淠Ｐ褪侵杠嚿斫Y(jié)構(gòu)中，梁、柱等承載件空間布置型式,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,白車身結(jié)構(gòu)的布置空間受車輛總體外形和內(nèi)部布置要求的約束 構(gòu)件的布置是否合理，可通過簡化模型的載荷計(jì)算分析判斷 借助拓?fù)淠Ｐ脱芯亢投x初始的幾何尺寸參數(shù)，如構(gòu)件截面、接頭參數(shù)和板料厚度等 初步優(yōu)化后的拓?fù)鋷缀畏桨篙斎隒AD系統(tǒng)

14、進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,構(gòu)件儲藏應(yīng)變能多少是衡量它承擔(dān)載荷多少的標(biāo)志，可用比應(yīng)變能表示 總應(yīng)變能小，說明車身剛度足夠大，或材料沒有充分利用 可將比應(yīng)變能小的構(gòu)件取消或減薄板厚，以便減輕重量。應(yīng)變能大的區(qū)域?qū)嚿韯偠扔绊戄^大，要考慮是否需要加強(qiáng) 應(yīng)該盡可能使材料在結(jié)構(gòu)中的分布與各處的應(yīng)變能成比例，使比應(yīng)變能均勻化,第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,碰撞安全法規(guī) 正碰撞 側(cè)碰撞 后碰撞等,第二節(jié) 車身結(jié)

15、構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ?一、車身結(jié)構(gòu) 二、車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ偷慕?三、應(yīng)變能分析 四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求,車身概念設(shè)計(jì)初期，車身被簡化為空間框架結(jié)構(gòu)，用有限元法求得結(jié)構(gòu)在外載荷作用下各個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力 用梁單元來模擬梁、柱,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,桿長一定情況下，梁單元的剛度主要決定于梁的材料和截面性質(zhì),實(shí)例-車身框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算 用一個(gè)簡化的框架結(jié)構(gòu)表示車身結(jié)構(gòu)（對稱結(jié)構(gòu)）,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、

16、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,實(shí)例-車身框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算 工況1-載荷完全對稱于車身的縱軸 車身框架是個(gè)近似平面彎曲問題 每個(gè)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)只有三個(gè)自由度,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,實(shí)例-車身框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算 工況2-框架結(jié)構(gòu)承受扭轉(zhuǎn)工況 結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)反對稱變形 車身框架是個(gè)空間扭轉(zhuǎn)問題 每個(gè)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)有六個(gè)節(jié)點(diǎn)位移分量和相應(yīng)的六個(gè)節(jié)點(diǎn)力分量,第

17、三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,車身?xiàng)U件多由薄板成型件組成 桿件截面 開口 閉口 截面形狀和尺寸對截面特性有很大影響 除了材料性質(zhì)外，主要是彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩等截面,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,復(fù)雜截面的特性計(jì)算公式,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、

18、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,截面特性比較 材料面積A和壁厚t不變情況下，閉口截面的抗彎性能稍次于開口截面，但閉口截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩遠(yuǎn)大于開口截面,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,截面特性 薄板圍成的閉口截面，中線周長和材料厚度一定，抗扭慣性矩與A 平方成正比；截面形狀對力學(xué)特性無獨(dú)立意義，所圍面積大小則很重要 圓形截面對抗扭最有利 矩形截面

19、中，正方形抗扭能力最高，兩邊之比h/b2時(shí)，扭轉(zhuǎn)慣性矩明顯下降,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,例-某車側(cè)面主要截面位置及部分截面特性計(jì)算結(jié)果,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,接頭：車身結(jié)構(gòu)中2個(gè)以上承載構(gòu)件交叉連接的部位 a)A柱至頂蓋梁，b)B柱至頂蓋梁， c)B柱到門檻， d)

20、前鉸鏈柱到門檻，e)A柱到前鉸鏈柱和短梁， f)C柱到頂蓋，g)門檻到后縱梁，h)上散熱器支架到短梁,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,1研究接頭的意義 白車身結(jié)構(gòu)總成=承載構(gòu)件+接頭+板殼 構(gòu)件的截面性質(zhì)，接頭的剛度和板殼的形狀和板厚都影響車身的剛度，影響車身的振動、噪聲和耐久性 研究表明：將接頭視為剛性的計(jì)算結(jié)果使整車剛度提高50%以上，可見接頭的柔性是不可忽略的 研究接頭的意義 指導(dǎo)接頭設(shè)計(jì) 為概念設(shè)計(jì)階段建立車身簡化模型提供支持,第

21、三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,2接頭力學(xué)特性 接頭的特性由設(shè)計(jì)參數(shù)表征 設(shè)計(jì)參數(shù)必須體現(xiàn)與設(shè)計(jì)變量的聯(lián)系，且對車身性能影響明顯，以便于建立簡化的接頭模型 如輪廓尺寸：腿長、角度、截面尺寸等 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：焊點(diǎn)部局、零件數(shù)、內(nèi)加強(qiáng)板的布置和設(shè)計(jì)，圓角半徑等,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,

22、選擇物理意義明確的接頭剛度作為設(shè)計(jì)參數(shù) 接頭各腿的扭轉(zhuǎn)剛度（TOR） 接頭各腿的內(nèi)/外剛度（I/O） 接頭各腿的前/后剛度（F/A）或上/下剛度（U/D） 具體方向決定于每個(gè)接頭局部坐標(biāo)系的選取,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,3接頭剛度的模擬計(jì)算 接頭剛度可以用分析法或測試技術(shù)獲得,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)

23、模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,3接頭剛度的模擬計(jì)算 1）接頭計(jì)算模型 分為詳細(xì)接頭模型和簡化的接頭模型 詳細(xì)接頭模型 用板單元模擬 一般從用于NVH分析的詳細(xì)車身結(jié)構(gòu)模型中抽取 這些接頭模型用于接頭參數(shù)化和引導(dǎo)設(shè)計(jì) 這種抽取局部模型方法雖方便，但計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比誤差較大,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,3接頭剛度的模擬計(jì)算 1）接頭計(jì)算模型 簡化接頭模型 將詳細(xì)接頭模型簡化成由梁單元和彈簧元模擬 用于概念設(shè)計(jì)時(shí)將構(gòu)件用梁單元

24、模擬的簡化車身模型 參數(shù)少、模型簡單、便于更改 也可用超單元技術(shù)來描述接頭力學(xué)特性?？煽s減接頭詳細(xì)模型的自由度數(shù)，便于計(jì)算,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,3接頭剛度的模擬計(jì)算 1）接頭計(jì)算模型 超單元：將系統(tǒng)自由度分為主自由度和副自由度，副自由度依附于主自由度而被消去 接頭詳細(xì)有限元模型a）的剛度方程 Dm主自由度，各腿端面的形心看成主節(jié)點(diǎn) Ds副自由度，其它所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)自由度 Fm作用在主節(jié)點(diǎn)上的力 Fs作用在副節(jié)點(diǎn)上的力 接頭的剛度

25、矩陣Km 接頭有限元模型a簡化成模型b，其剛度矩陣Km是一個(gè)1818的實(shí)剛度矩陣，就是超單元的剛度矩陣,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,某車若干接頭的有限元模型 從車身模型截取接頭 要正交于構(gòu)件的軸線截割接頭 截割平面位置要考慮與相鄰梁單元的正常連接 要保持接頭的完整性,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)

26、各階段對模型的要求,3接頭剛度的模擬計(jì)算 2）接頭剛度計(jì)算 定義局部坐標(biāo)系 例 A柱到頂蓋接頭的A柱（腿1） 扭轉(zhuǎn)方向：正交于截面（局部坐標(biāo)x方向） 前/后方向：A立柱截割面上，垂直于風(fēng)窗表面的方向（局部坐標(biāo)z方向） I/O方向：截面上風(fēng)窗表面切線的方向（局部坐標(biāo)y方向）,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,3接頭剛度的模擬計(jì)算 2）接頭剛度計(jì)算 約束頂蓋側(cè)縱梁和前橫梁（腿2、3）遠(yuǎn)端所有自由度 分別在A柱截割端的前/后（或上/下）、內(nèi)/外和

27、扭轉(zhuǎn)方向施加一個(gè)轉(zhuǎn)矩，先后得到相應(yīng)的三個(gè)轉(zhuǎn)角，則三個(gè)方向的接頭剛度值可求 同樣方法分別求得頂蓋側(cè)縱梁和頂蓋前橫梁的剛度,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,4接頭剛度對整體車身剛度的影響 車身結(jié)構(gòu)的內(nèi)力通過接頭傳遞，接頭的變形影響整個(gè)車身結(jié)構(gòu)的變形 研究表明，車身接頭剛度對整個(gè)車身剛度的影響可達(dá)50%70% 車身結(jié)構(gòu)梁和柱的截面對接頭的剛度有很大的影響,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、

28、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,車身有限元模型 桿件梁單元 接頭接頭單元 地板、頂蓋等板殼單元,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,基于性質(zhì)的參數(shù)化模型（PBMProperty Based Models） 描述車身力學(xué)特性，定義主要結(jié)構(gòu)的拓?fù)?其結(jié)構(gòu)部件，如接頭、梁和板殼在拓?fù)涠x的節(jié)點(diǎn)處連接 在PBM有限元模型中分別用梁單元、接頭超單元和地板板殼單元的力學(xué)特性表示 單元參數(shù)

29、的確定 通過分析和專家經(jīng)驗(yàn)，考慮設(shè)計(jì)、制造等要求 在進(jìn)行性能優(yōu)化時(shí)，不斷適時(shí)修改PBM 是用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能和方案評估的有效工具,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,精確計(jì)算必須用板殼單元模擬 一個(gè)轎車車身的單元數(shù)至少有數(shù)萬個(gè)，其自由度數(shù)可達(dá)數(shù)十萬個(gè) 單元尺寸 多在20mm左右，目前正在向更小的方向發(fā)展 單元邊長之比控制在1:5以內(nèi)為宜,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,四邊形板單元在平面應(yīng)力狀態(tài)下 每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)自由度,第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型 一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（接頭）的性質(zhì) 四、車身參數(shù)化模型 五、車身詳細(xì)模型 六、設(shè)計(jì)各階段對模型的要求,四邊形板單元在彎扭應(yīng)力狀態(tài)下 每