汽車車身設(shè)計(jì)ppt課件

第四章車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì),提綱,第一節(jié)車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析二、車身整體剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度第二節(jié)車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段二、結(jié)構(gòu)研究階段三、結(jié)構(gòu)完善階段四、白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的總結(jié),車身在外界激勵(lì)作用下將產(chǎn)生變形，引起系統(tǒng)的振動(dòng)當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)固有頻率接近，或成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，將發(fā)生共振使乘員感到不舒適帶來噪聲部件疲勞損壞破壞車身表面的防護(hù)層和車身的密封性,汽車設(shè)計(jì)目標(biāo)高剛度、輕重量利于懸架的支持，使車輛系統(tǒng)正常工作利于改進(jìn)振動(dòng)特性節(jié)能提高汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性高剛度、輕重量的關(guān)鍵：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)的車身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)性能車身靜剛度車身彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度和局部剛度車身動(dòng)剛度模態(tài)特征、傳遞特性車身剛度最終影響汽車的目標(biāo)性能NVH（Noise、Vibration、Harshness）特性車身結(jié)構(gòu)耐久性,車身結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)過程：1）選定競(jìng)爭車型，進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析性能水平測(cè)試、分析和評(píng)價(jià)研究，新車型性能指標(biāo)的參考。測(cè)試包括：整車和車身剛度、車身模態(tài)、用戶界面點(diǎn)振動(dòng)、噪聲響應(yīng)等2）對(duì)新設(shè)計(jì)提出具體目標(biāo)要求用戶界面點(diǎn)動(dòng)力響應(yīng)，一階模態(tài)頻率，總體和局部剛度。綜合其他：碰撞性能、耐久性、布置要求、重量和成本3）實(shí)施車身拓?fù)錁?gòu)造技術(shù)，選擇結(jié)構(gòu)方案整車水平和部件參數(shù)關(guān)系、構(gòu)造和性能關(guān)系4）建立車身CAE模型研究不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)不同性能要求的影響，計(jì)算靈敏度系數(shù)，用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化、修改和性能調(diào)整,5）結(jié)構(gòu)優(yōu)化建立優(yōu)化模型，反復(fù)調(diào)整部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性質(zhì)；修改模型，各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在平衡，直至獲得滿足目標(biāo)性能各方面要求的最佳方案6）試驗(yàn)驗(yàn)證硬件驗(yàn)證伴隨產(chǎn)品開發(fā)過程的每個(gè)階段工作7）完善化物理樣機(jī)試驗(yàn)出現(xiàn)的問題在投產(chǎn)前后盡可能完善8）結(jié)論產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全面評(píng)估,車身剛度整體剛度：決定于部件布置和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局部剛度：主要是安裝部位、連接部位、大面積板殼件剛度決定于局部車身結(jié)構(gòu)斷面形狀和采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等車身剛度設(shè)計(jì)是滿足車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)要求的基礎(chǔ)，一般采用如下方法剛度測(cè)試和分析車身整體剛度設(shè)計(jì)車身局部剛度對(duì)標(biāo)分析，確定車身的初步目標(biāo)剛度指標(biāo)彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度模態(tài)頻率要求,第一節(jié)車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì),車身的剛度在整車剛度中占有很大成份整車剛度和部件剛度的貢獻(xiàn)的測(cè)量：1）整車彎曲剛度2）整車扭轉(zhuǎn)剛度3）每個(gè)部件的貢獻(xiàn),第一節(jié)車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)一、剛度測(cè)試和分析,部件剛度貢獻(xiàn)率a)彎曲剛度b)扭轉(zhuǎn)剛度,例：前風(fēng)窗對(duì)整車扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)達(dá)15%，對(duì)整車彎曲剛度貢獻(xiàn)為6%，加強(qiáng)A柱橫截面和頂蓋前橫梁截面，以及加強(qiáng)A柱上、下接頭的剛度很有意義地板的中間通道構(gòu)件在實(shí)例中對(duì)整車彎曲剛度貢獻(xiàn)8%，對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)7%。增加通道橫向構(gòu)件能使通道更好地起到承載結(jié)構(gòu)件的作用,車身剛度測(cè)量裝置a)測(cè)量彎曲剛度（左、右同向加載Fb）b)測(cè)量扭轉(zhuǎn)剛度（左、右反向加載Fd）,車身整體剛度指車身的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度良好的整體剛度防止結(jié)構(gòu)在載荷作用下產(chǎn)生大的變形，或車身結(jié)構(gòu)聲固耦合的變化而引發(fā)高的噪聲利于汽車操縱性,第一節(jié)車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)二、車身整體剛度設(shè)計(jì),車身整體剛度設(shè)計(jì)方法（一）構(gòu)造車身基本結(jié)構(gòu)并建立概念設(shè)計(jì)模型（二）車身剛度優(yōu)化,（一）構(gòu)造車身基本結(jié)構(gòu)并建立概念設(shè)計(jì)模型車身基本結(jié)構(gòu)指主要用以傳遞載荷的車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)模型參考競(jìng)爭車型結(jié)構(gòu)考慮采用材料、工藝等先進(jìn)技術(shù)兼顧車輛總體布置和造型的要求有限元概念分析模型用以分析結(jié)構(gòu)剛度根據(jù)結(jié)構(gòu)的CAD模型建立例：PBM模型（基于性質(zhì)的參數(shù)化模型）,（二）車身剛度優(yōu)化通過優(yōu)化計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，直到模型的各個(gè)部分的性能得到合理的匹配，滿足總的剛度設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)化后的模型各部分性能就是下一步車身詳細(xì)設(shè)計(jì)的指南,（二）車身剛度優(yōu)化1.優(yōu)化目標(biāo)車身剛度優(yōu)化的目標(biāo)是高剛度/輕重量高剛度靜剛度指標(biāo)車身結(jié)構(gòu)的一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率輕重量應(yīng)變能計(jì)算組件的貢獻(xiàn)分析,（二）車身剛度優(yōu)化2.靈敏度和靈敏度分析構(gòu)件截面特性和接頭剛度對(duì)材料幾何尺寸變化的靈敏度結(jié)構(gòu)整體剛度對(duì)截面特性、接頭剛度或板厚變化的靈敏度選擇較靈敏的變量或部位進(jìn)行修改，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向,車身整體剛度設(shè)計(jì)過程總結(jié)1）對(duì)競(jìng)爭車型測(cè)試參數(shù)；2）整車和車身剛度的匹配，并分派各子系統(tǒng)剛度指標(biāo)；3）初步構(gòu)造結(jié)構(gòu)，并建立系統(tǒng)簡化分析模型；4）結(jié)構(gòu)計(jì)算研究，包括靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度計(jì)算車身一階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率通過靈敏度分析和應(yīng)變能分布圖，進(jìn)行各部件的貢獻(xiàn)分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行平衡，再布置構(gòu)件確定基本尺寸5）優(yōu)化計(jì)算6）建立細(xì)化模型，詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證性能,車身局部剛度指車身結(jié)構(gòu)安裝部位和服務(wù)部位的剛度懸架、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系的安裝部位拖鉤、吊掛、裝運(yùn)、千斤頂作用部位安全帶固定器安裝部位等,第一節(jié)車身結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)三、車身局部剛度,（一）車身支承部位剛度該部位良好的局部剛度可防止載荷通過懸架、動(dòng)力總成安裝點(diǎn)進(jìn)入車身時(shí)發(fā)生大的變形一般根據(jù)車身支承件的剛度決定車身結(jié)構(gòu)支座區(qū)域的目標(biāo)剛度在車身剛度設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)支座區(qū)域剛度進(jìn)行有限元分析,（二）板殼零件剛度大型板殼零件的剛度不足，易引發(fā)板的振動(dòng)，令人感覺不舒適，造成部件疲勞損壞零件剛度差會(huì)給生產(chǎn)、搬運(yùn)等都帶來困難設(shè)計(jì)板殼零件尤其要注意提高零件的剛度,（二）板殼零件剛度設(shè)計(jì)上的考慮板殼零件的剛度取決于零件的板厚及形狀曲面和棱線造型、拉延成型時(shí)零件的冷作硬化在內(nèi)部大型板件上沖壓出加強(qiáng)筋若不允許出現(xiàn)加強(qiáng)筋，可在零件上貼裝加強(qiáng)板可用沉孔來加強(qiáng)剛度,（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中避免受力桿件截面的突變?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要避免截面急劇變化，特別是要注意加強(qiáng)板和接頭設(shè)計(jì)時(shí)剛度的逐步變化例：,（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中孔洞的設(shè)計(jì)孔洞會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中開一個(gè)大孔要比開數(shù)個(gè)小孔應(yīng)力集中更嚴(yán)重應(yīng)盡可能將孔位選在應(yīng)力較小的部位，如截面中性軸附近,（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中加強(qiáng)板的合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)板太小，不足以將集中載荷通過加強(qiáng)板分散到較大的面積上；加強(qiáng)板太大則會(huì)增加質(zhì)量加強(qiáng)板厚度比被加強(qiáng)件的板料厚，但厚度不宜相差太懸殊,（三）防止結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中車身支承部件（前、后輪罩）的設(shè)計(jì)輪罩零件板厚分級(jí),（一）振動(dòng)模態(tài)分析無阻尼單自由度系統(tǒng)在初始激勵(lì)作用下，將以其固有頻率在某種自然狀態(tài)下振動(dòng)多自由度系統(tǒng)固有振型、固有頻率模態(tài)分析無阻尼自由振動(dòng)系統(tǒng)的特性分析,第二節(jié)車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)一、車身振動(dòng)特性,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身振動(dòng)特性分析基于有限元法和線性振動(dòng)理論彈性系統(tǒng)的振動(dòng)方程,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析無阻尼自由振動(dòng)方程：特征方程特征方程的解固有頻率固有振型,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析1車身整體振動(dòng)模態(tài)無阻尼線性系統(tǒng)振動(dòng)：各階固有振型的線性組合低階振型對(duì)構(gòu)件的動(dòng)力影響大于高階振型扭轉(zhuǎn)或彎曲振型,一階彎曲兩個(gè)節(jié)點(diǎn)頻率為2040Hz,二階彎曲三個(gè)節(jié)點(diǎn)頻率為3050Hz,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析1車身整體振動(dòng)模態(tài)轎車各部分的固有振動(dòng)頻率和激振頻率的分布圖,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析1車身整體振動(dòng)模態(tài)轎車各部分的固有振動(dòng)頻率和激振頻率的分布圖車身低階模態(tài)頻率大致在2050Hz避免與底盤系統(tǒng)共振注意提高車身整體的剛度和部件剛度在節(jié)點(diǎn)處布置動(dòng)力總成等的懸置點(diǎn)車身裝上內(nèi)飾件后，扭轉(zhuǎn)和彎曲頻率最多可分別下降15%和25%,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析2部件模態(tài)分析注意車身剛度分布例：轎車前車身開口部分剛度優(yōu)化各方案前五階正交模態(tài)、四種工況靜剛度對(duì)比加強(qiáng)車頭與車室連接的剛度、改變?cè)撎庉d荷路徑,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析2部件模態(tài)分析注意車身剛度分布例：轎車前車身開口部分剛度優(yōu)化,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析3車身板殼的局部振動(dòng)模態(tài)剛度差的大型覆蓋件易在振源激勵(lì)下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)激振頻率接近車身內(nèi)外板的固有振動(dòng)頻率時(shí)將發(fā)生板殼共振車身大型板件共振頻率通常在40300Hz或更高的范圍板件振動(dòng)造成的輻射聲和車室內(nèi)空腔體積的變化，是產(chǎn)生車內(nèi)噪聲的重要原因例如轎車地板的共振頻率在5060Hz左右，共振時(shí)發(fā)生敲鼓式的聲響,（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析3車身板殼的局部振動(dòng)模態(tài),（一）振動(dòng)模態(tài)分析車身的振動(dòng)特性分析3車身板殼的局部振動(dòng)模態(tài),（二）車身振動(dòng)響應(yīng)分析動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算系統(tǒng)在激勵(lì)下的響應(yīng)，即求方程的通解應(yīng)采用車身整備模型，并輸入激振力或道路功率譜密度響應(yīng)：速度、加速度、位移、應(yīng)力時(shí)間歷程分析（振型疊加法、直接積分法等）響應(yīng)譜分析（模態(tài)響應(yīng)、模態(tài)應(yīng)力）頻率響應(yīng)分析,（三）振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是通過振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)獲得表征結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的模態(tài)參數(shù)的一種動(dòng)態(tài)分析方法對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)測(cè)、測(cè)試和修改，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是最重要的技術(shù)之一,（三）振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析應(yīng)用,（一）主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量車身剛度和模態(tài)不是最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車的性能指標(biāo)應(yīng)體現(xiàn)在使用性能的最終綜合水平在設(shè)計(jì)的最初階段，對(duì)競(jìng)爭車型進(jìn)行評(píng)價(jià)，并測(cè)量駕駛員界面點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)特性,第二節(jié)車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)二、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì),（一）主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量1主觀評(píng)價(jià)由專家實(shí)際駕駛和主觀評(píng)價(jià)的方法，評(píng)價(jià)汽車振動(dòng)性能。對(duì)主觀評(píng)價(jià)認(rèn)為最好的車型要進(jìn)行客觀測(cè)量例：某公司新蔽蓬車設(shè)計(jì)，對(duì)7種競(jìng)爭車型進(jìn)行評(píng)價(jià)專家駕駛競(jìng)爭車型，先后以低速、高速行駛于粗糙路面上評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向盤、座椅、后視鏡等駕駛員界面特征點(diǎn)振動(dòng)特性,（一）主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量2道路響應(yīng)測(cè)量在與主觀評(píng)價(jià)時(shí)同樣的路面上對(duì)三種車型(包括原敞蓬車、閉蓬車、硬頂D型車)的道路響應(yīng)測(cè)量結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率是影響車輛結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能和乘坐感覺的關(guān)鍵指標(biāo),（二）確定性能指標(biāo)競(jìng)爭車型指標(biāo)，為新車設(shè)計(jì)提供了一個(gè)清晰的動(dòng)力學(xué)性能水平。再考慮其它要求，可確定各項(xiàng)性能指標(biāo)其它性能要求：碰撞安全性耐久性布置、重量等,（三）性能綜合綜合考慮各種要求，完成一個(gè)設(shè)計(jì)充分理解所有性能要求，關(guān)鍵在于弄清整車性能要求與部件設(shè)計(jì)參數(shù)間的關(guān)系建立基于性質(zhì)的參數(shù)化模型（PBM），可幫助弄清這個(gè)關(guān)系此設(shè)計(jì)初期的過程不能獲得確定的設(shè)計(jì)，只是為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一個(gè)初始方案,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)所提出的車身動(dòng)力學(xué)性能要求，分派到各子系統(tǒng)和部件，由其性能保證將來整車性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)分派指標(biāo)：1模態(tài)研究與控制（模態(tài)分布圖設(shè)計(jì)）2建立系統(tǒng)模型3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析4分析流程5性能平衡6結(jié)構(gòu)優(yōu)化,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)1模態(tài)研究與控制車輛振動(dòng)響應(yīng)是車輛子系統(tǒng)、零部件與道路或發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)等彼此作用的結(jié)果為降低駕駛員界面的振動(dòng)響應(yīng)級(jí)，必須控制系統(tǒng)振動(dòng)的頻率，使其互不耦合并避開通常的激勵(lì)頻率需要根據(jù)最初對(duì)標(biāo)時(shí)所做的分析和測(cè)量，以及數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持，設(shè)計(jì)模態(tài)分布圖,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)1模態(tài)研究與控制例：某車型的模態(tài)圖模態(tài)間的線段指出為使耦合最小而應(yīng)隔離的部件模態(tài),激振頻率和子系統(tǒng)模態(tài)分布圖1.車身在懸架上2.人坐在座椅上3.乘員人體（組織器官）4.發(fā)動(dòng)機(jī)在懸置上5.懸架子系統(tǒng)6.車身結(jié)構(gòu)彎扭7.動(dòng)力總成子系統(tǒng)8.轉(zhuǎn)向柱子系統(tǒng)9.風(fēng)窗子系統(tǒng),（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2建立系統(tǒng)模型在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,建立相應(yīng)的系統(tǒng)有限元模型，計(jì)算和評(píng)估性能水平系統(tǒng)模型有如下幾類：車身概念模型整備車身模型車輛系統(tǒng)模型,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2建立系統(tǒng)模型車身概念模型結(jié)構(gòu)參數(shù)少，便于各方面的評(píng)估和完成概念設(shè)計(jì)，也稱為概念模型用于選擇構(gòu)造；既要在剛度/質(zhì)量方面具有潛力，又要考慮碰撞、耐久性等方面可能存在有幾個(gè)概念模型版本，用于不同方案的比較,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2建立系統(tǒng)模型整備車身模型響應(yīng)分析必須采用整備的車身模型整備車身模型是將所有與結(jié)構(gòu)無直接聯(lián)系的非結(jié)構(gòu)質(zhì)量，如內(nèi)、外附件等，按集中質(zhì)量或分布質(zhì)量附加到車身結(jié)構(gòu)上的模型整備車身模型通常用于仿真計(jì)算和優(yōu)化構(gòu)造研究,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)2建立系統(tǒng)模型車輛系統(tǒng)模型整備車身模型與如動(dòng)力總成和底盤等聯(lián)合在一起組成車輛系統(tǒng)模型，包含模態(tài)分布圖中全部諧振子系統(tǒng)和全部質(zhì)量在整車性能仿真計(jì)算時(shí)采用的車輛系統(tǒng)模型是整車剛彈耦合模型有時(shí)還需建立部件的分析模型用于尋求合適的汽車加速度響應(yīng)，要求整備車身的模態(tài)頻率與激勵(lì)頻率不耦合，以避免共振,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析正交模態(tài)計(jì)算系統(tǒng)模型中所有子系統(tǒng)的正交模態(tài)，并按模態(tài)分布圖進(jìn)行匹配和設(shè)計(jì)調(diào)整注意車身一階彎曲模態(tài)和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)的目標(biāo)要求,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析頻率響應(yīng)駕駛員界面點(diǎn)的響應(yīng)計(jì)算根據(jù)目標(biāo)級(jí)要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案修改,例：轉(zhuǎn)向盤的抖動(dòng)為降低響應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)盡量提高轉(zhuǎn)向柱安裝支架的剛度，并增大上、下支架的距離L1,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析頻率響應(yīng)計(jì)算-實(shí)例,懸架支承部位的車身結(jié)構(gòu)局部剛度對(duì)車身動(dòng)力響應(yīng)影響很大要評(píng)價(jià)所有車身安裝點(diǎn)的動(dòng)力適應(yīng)性，即進(jìn)行機(jī)械導(dǎo)納分析,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，靈敏度用于引導(dǎo)車身模態(tài)頻率的設(shè)計(jì),（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用例：接頭剛度對(duì)板厚的靈敏度分析；進(jìn)而分析前幾階白車身振動(dòng)模態(tài)對(duì)接頭剛度的靈敏度,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用結(jié)論靈敏度分析方法，可從結(jié)構(gòu)整體觀察結(jié)構(gòu)。靈敏度信息在研究復(fù)合響應(yīng)和確定載荷路徑時(shí)很有用例：對(duì)激勵(lì)變形最靈敏的接頭是最危險(xiǎn)的接頭剛度部件，應(yīng)注意提高其剛度相對(duì)變形大且靈敏度低的接頭，表明結(jié)構(gòu)的效率低，不能充分發(fā)揮作用，或者結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)該考慮重新設(shè)計(jì)如果靈敏度值比較均勻，說明設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)平衡較好,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析靈敏度及應(yīng)用結(jié)論系統(tǒng)模型也用于計(jì)算駕駛員界面響應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的靈敏度；從中可看出對(duì)界面響應(yīng)影響較大的子系統(tǒng)，或?qū)τ趦?yōu)化子系統(tǒng)模態(tài)頻率最有效的修改結(jié)構(gòu)的部位或修改方向例：某車型正碰保險(xiǎn)杠時(shí)座椅軌道處加速度峰值和響應(yīng)均方根值與車輛結(jié)構(gòu)一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率的曲線關(guān)系,1-加速度峰值2-響應(yīng)均方根值,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)4分析流程對(duì)于每個(gè)構(gòu)造方案，其子系統(tǒng)和部件特性設(shè)計(jì)都需按順序進(jìn)行，從初始設(shè)計(jì)、調(diào)整到完善,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)5性能平衡設(shè)計(jì)和優(yōu)化各子系統(tǒng)時(shí)，其結(jié)果有時(shí)不能滿足車輛的其它方面的要求，必須采取折衷的方法改變系統(tǒng)模型使車輛的各方面性能得以平衡,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)6結(jié)構(gòu)優(yōu)化利用有限元分析、設(shè)計(jì)靈敏度分析和數(shù)值優(yōu)化算法，更新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，使某個(gè)給定的響應(yīng)量在各種約束條件下最小化,（四）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)6結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化用于車輛的整個(gè)開發(fā)過程設(shè)計(jì)初期著重高剛度/輕質(zhì)量設(shè)計(jì)后期優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，將碰撞性能、耐久性和其它非性能要求都作為分析整備車身模型時(shí)的約束條件,（五）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)方案選擇結(jié)構(gòu)研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善這三個(gè)階段各種方案的共同特點(diǎn)都是圍繞車輛低階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率進(jìn)行研究,例：本節(jié)通過某公司C5敞蓬車車身設(shè)計(jì)實(shí)例說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段背景：根據(jù)對(duì)競(jìng)爭車型水平，公司提出了新設(shè)計(jì)敞蓬車的性能要求一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率是21Hz二階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率不得小于23Hz這是一般轎車的水平，但對(duì)敞蓬車是史無前例的根據(jù)調(diào)查，與新設(shè)計(jì)車型尺寸類似的敞蓬車，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率在1117Hz。新設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，必須對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)付出很大努力,第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)C5的基礎(chǔ)是C4敞蓬車，其一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率是13Hz，比目標(biāo)低8Hz在最初階段基于競(jìng)爭車型和原車型（C4）載荷路徑的了解，首先力圖改進(jìn)C4的結(jié)構(gòu)采用連續(xù)的通道結(jié)構(gòu)焊接閉口截面的保險(xiǎn)杠儀表板和座椅背后附加閉口截面橫梁有效地構(gòu)造前后扭矩盒等形成C4的四種不同加強(qiáng)方案，使一階頻率提高46Hz四種方案中，對(duì)提高剛度/重量最有效的方案是采用地板的中間通道結(jié)構(gòu),第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段,1結(jié)構(gòu)方案比較和選擇結(jié)合參考競(jìng)爭車型結(jié)構(gòu)和新制造技術(shù)可行性的研究，提出了幾個(gè)新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案都滿足總布置、制造、耐久性和碰撞安全性要求每個(gè)方案都在一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率為23Hz的約束條件下，進(jìn)行最輕重量的優(yōu)化,1結(jié)構(gòu)方案比較和選擇對(duì)多個(gè)方案權(quán)衡結(jié)果剩下三個(gè)方案整體焊接框架構(gòu)造螺釘連接車身構(gòu)造方案通過橡膠墊連接車身的構(gòu)造方案,1結(jié)構(gòu)方案比較和選擇1）方案比較對(duì)三個(gè)構(gòu)造方案，都建立最簡單的模型（方案c有基于同一個(gè)底盤的四個(gè)版本C.1、C.2、C.3、C.4）各方案初始截面尺寸和板厚相同，都采用原先C4的典型截面或參考樣車的經(jīng)驗(yàn)值，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化,曲線1重量約束為300kg時(shí)使頻率最大化的結(jié)果曲線2一階結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率都約束在23Hz時(shí)，對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行重量優(yōu)化的結(jié)果,1結(jié)構(gòu)方案比較和選擇2）方案選擇比較可見，周邊框架和通道結(jié)合的整體焊接框架結(jié)構(gòu)的重量效率最高，且其構(gòu)造明顯具有高剛度/輕重量的潛力再考慮抗碰撞性，耐久性，以及布置、加工和成本等要求，選擇整體框架結(jié)構(gòu)作為新設(shè)計(jì)C5的結(jié)構(gòu)方案,1結(jié)構(gòu)方案比較和選擇2）方案選擇確定結(jié)構(gòu)方案后，新設(shè)計(jì)的特征就固定下來這些特征體現(xiàn)在從前橫梁到后橫梁之間的連續(xù)縱梁及周邊框架的路徑布置，通道路徑和周邊梁之間的連接構(gòu)件（如剪力板、橫梁等）的位置等下一步是研制詳細(xì)載荷路徑的尺寸和板厚，使其最有效地滿足所有車身結(jié)構(gòu)性能要求,2.分析模型更新用于選擇車身結(jié)構(gòu)方案的概念分析模型，只是根據(jù)概念方案和總體布置建立的車身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)粗模型，或是基于性質(zhì)的參數(shù)化模型（PBM）模型中梁單元截面的初始參數(shù)值參考先前C4典型截面或經(jīng)驗(yàn)值，從截面尺寸和板厚初始值開始結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)描述接頭的彈簧元或超單元初始值由參考車型局部接頭的詳細(xì)模型導(dǎo)出,3.多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的其它性能，如碰撞性能和耐久性等約束條件，再次被組合到整備車身分析模型用多目標(biāo)集成方法，使結(jié)構(gòu)概念集成在同一個(gè)分析模型中并進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)估，使重量最小化當(dāng)載荷路徑、路徑的截面尺寸以及全部板結(jié)構(gòu)的零件板厚都初步確定后，概念設(shè)計(jì)完成,4結(jié)構(gòu)定義和詳細(xì)說明書為確認(rèn)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，要提供一個(gè)結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明書說明書要寫明達(dá)到剛度和重量要求的所有載荷路徑、相關(guān)尺寸和零件板厚度說明書列出四個(gè)圖表載荷路徑位置表載荷路徑截面性質(zhì)表接頭剛度說明表結(jié)構(gòu)板零件厚度表,4結(jié)構(gòu)定義和詳細(xì)說明書例：截面性質(zhì)表和接頭剛度說明表的示例主要是周邊框（門檻）、風(fēng)窗柱、前保險(xiǎn)杠橫梁與縱梁之間接頭等的說明,新車開發(fā)的過程中，還需進(jìn)行各子系統(tǒng)間的性能再平衡工作：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈敏度分析在已經(jīng)確定的性能水平下的結(jié)構(gòu)調(diào)整基于總體性能的結(jié)構(gòu)研究物理樣機(jī)驗(yàn)證,第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程與性能實(shí)現(xiàn)二、結(jié)構(gòu)研究階段,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈敏度分析通過性能靈敏度分析，查出載荷路徑、接頭或板厚的改變對(duì)車輛結(jié)構(gòu)前幾階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率影響的靈敏度對(duì)性能靈敏度小的區(qū)域是可被再平衡的區(qū)域，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域的變化對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響最小,2.在已經(jīng)確定的性能水平下的結(jié)構(gòu)調(diào)整在進(jìn)一步平衡過程中，靈敏度分析結(jié)果提供了方向。但是往往在設(shè)計(jì)過程中由于大量的平衡工作使得其他子系統(tǒng)發(fā)生變化，造成新的要求