CN105320784B - 一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法，包括以下步骤：1)建立基于刚度或模态的白车身有限元模型，提取车身任意指定功能区域参数，并进行编号；2)定义区域灵敏度变量，建立区域灵敏度分析模型；3)进行基于刚度或模态的区域灵敏度分析，并对各区域灵敏度进行排序；4)基于区域灵敏度排序结果，根据加强敏感区域、减弱不敏感区域和负敏感区域的原则对区域结构和零件厚度进行优化；5)通过白车身性能试验和优化结果验证，进行对标分析，如不满足设计要求，则需要进一步的区域结构优化和厚度优化。本发明的有益效果为：可以计算出车身各区域参数对车身刚度、模态的灵敏度，可以对车身区域参数进行更有针对性的优化。

Description

一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法。

背景技术

在车身刚度、模态灵敏度优化分析上，目前国内公开文献都是关于零部件灵敏度的分析方法，这些方法都是基于车身单个零件板厚或者关于某个系统(多个完整零件组成)的灵敏度优化设计方法。如专利“一种汽车车身刚度的综合灵敏度分析方法”(专利号201210167422.9)里综合灵敏度分析是对多个完整零部件组成的系统进行灵敏度分析，考察其对车身刚度的影响。传统的分析方法只能计算出车身各个零件或者系统(多个完整零件)的灵敏度，在车身刚度、模态分析上只能进行基于零件板厚的优化，优化对象和优化空间有限，车身结构改进局限性较大。

发明内容

本发明提出一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法，可以计算出车身各区域参数对车身刚度、模态的灵敏度，可以对车身区域参数进行更有针对性的优化。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法，包括以下步骤：

1)建立基于刚度或模态的白车身有限元模型，提取车身任意指定功能区域参数，并进行编号；

2)定义区域灵敏度变量，建立区域灵敏度分析模型；

3)进行基于刚度或模态的区域灵敏度分析，并对各区域灵敏度进行排序；

4)基于区域灵敏度排序结果，根据加强敏感区域、减弱不敏感区域和负敏感区域的原则对区域结构和零件厚度进行优化；

5)通过白车身性能试验和优化结果验证，进行对标分析，如不满足设计要求，则需要进一步的区域结构优化和厚度优化。

本发明的技术方案是基于车身区域参数的灵敏度优化技术。车身区域参数是指由车身多个零部件、系统的局部或全部组成的任意指定功能区域参数。

所述任意指定功能区域参数包括接头区域参数、截面区域参数和连接区域参数。

所述连接区域参数包括螺栓连接参数和焊接连接参数。

所述螺栓连接参数包括螺栓孔的大小、数量和分布。

所述焊接连接参数包括焊点的数量、密度和分布。

目前现有技术中对车身区域参数灵敏度尚无研究，这些是车身刚度、模态性能比较关心的问题，在车身结构改进时优先加强哪些区域，在现有技术中并没有明确的方向和思路。而本发明中的任意指定区域是由系统的多个零件、系统的局部构成的，其组成是不明确的，其大小和范围可以根据需要任意增减，而不像现有技术中那样系统，一旦确定后就不能再变动，由此可见现有技术与本发明的区别很明显。

本发明的有益效果为：

1、本发明的优化设计方法可以计算出车身各区域参数对车身刚度、模态的灵敏度

传统的分析方法只能计算出车身各个零件或者系统(多个完整零件)的灵敏度，在车身刚度、模态分析上只能进行基于零件板厚的优化，优化对象和优化空间有限，车身结构改进局限性较大。本发明的设计方法可以计算出车身任意指定功能区域参数对于车身刚度、模态的灵敏度，其中区域参数包括接头、截面、螺栓连接参数(螺栓孔的大小、数量、分布)、焊接连接参数(焊点数量、密度、分布)等其他车身区域参数。该优化设计方法范围广；在优化空间方面，该优化设计方法在车身搭接区域、接头区域、截面等方面进行传递路径的优化，使得承载结构更加合理，相对于现有技术中仅限于板厚的优化，思路拓展更大。

2、本发明的优化设计方法针对车身区域参数进行更有针对性的优化

根据车身区域参数灵敏度结果，可以明确地确定优化区域和方向，对区域参数(接头、截面、焊点或其他)进行更有针对性的结构优化和轻量化，提升车身刚度、模态，进而提高车身安全、耐久性和NVH性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的汽车车身区域灵敏度优化设计方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的白车身接头区域的结构示意图。

图中：

1、D柱下接头；2、D柱上接头；3、B柱下接头；4、A柱下接头；5、B柱上接头；6、A柱中间接头；7、C柱下接头；8、C柱上接头；9、A柱上接头；10、D柱中间接头；11、C柱中间接头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例以基于接头区域灵敏度分析的白车身优化设计为例进行说明：

1、接头区域灵敏度建模分析：

a)建立白车身刚度或模态分析模型并调试好；

b)建立接头区域灵敏度分析模型：

对白车身的11个接头属性进行定义，并作为分析变量，如图2所示。以前纵梁扭转工况下的位移函数或尾门框菱形模态(也可选取整体一阶扭转、弯曲模态)作为约束，以白车身质量M最小作为目标变量，提交优化计算求解器进行计算；

2、区域灵敏度结果提取：

提取接头区域灵敏度分析计算结果，表1为本实施例中的白车身接头区域扭转刚度灵敏度结果：

表1

备注：灵敏度归一化是指各灵敏值除以绝对值最大的灵敏度值后的百分比。

3、根据区域灵敏度结果进行结构优化：

在提取基于扭转刚度、模态的接头区域灵敏度结果的基础上，根据加强敏感区域、减弱不敏感区域和负敏感区域的原则，重点加强了D柱下接头、D柱上接头、A柱上接头和B柱上接头，同时对C柱下接头和D柱下接头进行弱化，通过对接头区域结构和零件厚度进行合理优化，优化后白车身质量降低了1.9％，轻量化系数降低了6.9％，扭转刚度提高了5.28％，一阶扭转模态提高了5.7％，在实现车身轻量化的前提下，优化后白车身刚度、模态和轻量化性能均有一定程度的提升。

4、白车身刚度、模态试验验证：

白车身扭转刚度测试值相对优化仿真值有2％的误差，轻量化系数测试值相对优化仿真值有-1.8％的误差,一阶扭转模态相对优化仿真值有1.4％的误差，,满足设计目标要求，也充分验证了本实施例中的该车型基于接头区域灵敏度分析的白车身结构优化设计是合理的和可实施的。

本发明的创新点为：

1、传统灵敏度优化对象是车身单个零件板厚或是某个车身系统里的各组成零件的厚度，这些零件都是明确的，且仅限于板厚的优化；而本发明中区域灵敏度优化对象是一些不明确的零件板厚，其大小和范围可以根据需要任意增减，而不像单个零件或系统一旦确定后就不能再变动，两者区别很明显。

2、区域灵敏度优化对象可以是任意指定功能区域的不明确零件板厚，还可以是车身任意指定功能区域的参数，例如螺栓连接参数(螺栓孔的大小、数量、分布)、焊接连接参数(焊点数量、密度和分布)等其他车身区域参数，相对于传统灵敏度优化，种类更多，优化范围更广；

3、对于传统板厚灵敏度优化方法，车身同一接头区域中不同零件组成部分的刚度、模态灵敏度值不同；对于本发明的区域灵敏度优化方法，同一接头区域不同零件组成部分的刚度、模态灵敏度值相同，在轻量化分析中简化、减少了分析变量，这为车身轻量化提供了一种新的思路；

4、在优化空间方面，本发明的方法在车身搭接区域、接头区域、截面等方面进行传递路径的优化，使得承载结构更加合理，相对于传统板厚灵敏度优化，优化空间和思路拓展更大；

5、本发明的方法优化区域和方向明确，效率较传统灵敏度优化方法高，可以对车身关键区域结构进行更有针对性的改进，提高车身刚度、模态，进而改善车身强度，降低基础应力，提高车身NVH性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种汽车车身区域灵敏度优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立基于刚度或模态的白车身有限元模型，提取车身任意指定功能区域参数，并进行编号；

2)根据上述任意指定功能区域参数定义区域灵敏度变量，建立区域灵敏度分析模型；

3)进行基于刚度或模态的区域灵敏度分析，并对各区域灵敏度进行排序；

4)基于区域灵敏度排序结果，根据加强敏感区域、减弱不敏感区域和负敏感区域的原则对区域结构和零件厚度进行优化；

5)通过白车身性能试验和优化结果验证，进行对标分析，如不满足设计要求，则需要进一步的区域结构优化和厚度优化；

其中，所述任意指定功能区域参数包括接头区域参数、截面区域参数和连接区域参数。

2.根据权利要求1所述的汽车车身区域灵敏度优化设计方法，其特征在于：所述连接区域参数包括螺栓连接参数和焊接连接参数。

3.根据权利要求2所述的汽车车身区域灵敏度优化设计方法，其特征在于：所述螺栓连接参数包括螺栓孔的大小、数量和分布。

4.根据权利要求2所述的汽车车身区域灵敏度优化设计方法，其特征在于：所述焊接连接参数包括焊点的数量、密度和分布。