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科技信息 博士·专家论坛 基于HyperWorks 的某轿车白车身刚度分析及优化 湖北汽车工业学院 张继伟 胡 花 ［摘 要］本文以某轿车白车身为研究对象，使用有限元分析软件HyperWorks 建立其有限元模型，再对白车身的扭转工况和弯曲工 况进行分析，并根据评价指标对该白车身的刚度进行分析评价，得出该轿车白车身的扭转刚度满足国外轿车较高设计要求，但弯曲 刚度偏低。然后对白车身进行尺寸优化，优化后虽然扭转刚度有些减小，但增加了弯曲刚度，减小了白车身质量,达到了在白车身轻 量化同时尽量少牺牲白车身刚度的目标。 ［关键词］白车身 扭转刚度 弯曲刚度 尺寸优化 HyperWorks 1.引言 表2 轿车车身扭转最大变形量 现代轿车车身大都采用承载式车身结构，车身由许多不同形状、不 前后风窗对角线 5.0mm 前后门洞对角线 3.0mm 同厚度的薄壁板壳零件焊合、铆接等而成，即使是某些主要的承载梁都 是由内板和外板相互焊接而成，整体结构相对比较复杂。轿车车身刚度 前围板下部变形量 1.5mm 前门锁扣位置变化 4.0mm 对轿车整体的性能指标有着全面直接的影响，轿车合理的刚度将使轿 后门锁扣位置变化 7.5mm 前后轴间扭角 35′ 车的整体性能指标得到全面的提高。目前国外对轿车的研究十分重视， [1] 轿车车身刚度的研究已是车身开发的重要指标之一 。 通过求解计算得到白车身的Z 向扭转变形图如图2 。沿车身纵向 2. 白车身有限元模型的建立 前后纵梁下部、门槛梁下部、前围下部左右对称选取12 个节点，根据这 该轿车白车身使用的钢板厚度范围为0.5mm- 5.35mm，大多数零件 些节点的竖向位移由公式2 分别求出扭转角，求得的各对称点的扭转 材料厚度在0.8mm- 4mm 之间。白车身的材料性能表如表1。该白车身 角的平均值见表3，对应的图如图3。 [2] 一共有172 个零件，部件主要有三种材料：低碳钢、复合材料和塑料 。 本文分析采用的单位制为ton- mm- N。 表1 轿车白车身材料性能表 密度 弹性模量 泊松 屈服应力 零件 材料 3 （t/mm ） （MPa） 比 （MPa） 保险杠前部分 塑料 9.131E- 11 30.6 — — 图2 白车身Z 向扭转变形图 图3 白车身测量点扭转角图 U - U 前横拉杆 复合材料 2.4E- 09 2800 0.3 45 θ=arctan( 1 2 ) （2）