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簡單分析白車身(BIW)扭轉(zhuǎn)剛度問題

2018-04-23 09:52:33·  來源：汽車NVH仿真  作者：安軒  
　
當(dāng)汽車在行駛過程中左右車輪兩邊受到的載荷方向不一致的時候，車身會由于扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度低的時候，扭轉(zhuǎn)變形就會變大，導(dǎo)致汽車在行駛過程中出現(xiàn)部件之間相互摩擦碰撞的現(xiàn)象，引起異響。
當(dāng)汽車在行駛過程中左右車輪兩邊受到的載荷方向不一致的時候，車身會由于扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度低的時候，扭轉(zhuǎn)變形就會變大，導(dǎo)致汽車在行駛過程中出現(xiàn)部件之間相互摩擦碰撞的現(xiàn)象，引起異響；而且和車身彎曲剛度一樣，扭轉(zhuǎn)剛度同樣決定這車身的扭轉(zhuǎn)模態(tài)，扭轉(zhuǎn)剛度越高，車身的扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率也越高，抵抗低頻激勵的能力越好。

在NVH性能開發(fā)前期，我們同樣會把車身扭轉(zhuǎn)剛度分析放在白車身上進(jìn)行（而不是放在內(nèi)飾車身或者整車上進(jìn)心），這是由于白車身是整車和內(nèi)飾車身的基礎(chǔ)，所有的部件最終都在這個基礎(chǔ)上安裝，白車身的扭轉(zhuǎn)剛度性能的好壞決定整車的性能。在這里我們注意到，白車身扭轉(zhuǎn)剛度性能是一個很重要的NVH性能指標(biāo)，它直接影響到一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)的頻率值。（分析背景與白車身彎曲剛度相同，詳情請點擊上面超鏈接）

一般情況，對于：

帶前擋風(fēng)玻璃的經(jīng)濟型轎車，白車身扭轉(zhuǎn)剛度大概在700~900 kN.m/rad;
帶前擋風(fēng)玻璃的中高級轎車，白車身扭轉(zhuǎn)剛度大概在900~1300 kN.m/rad;
帶前擋風(fēng)玻璃的SUV，白車身扭轉(zhuǎn)剛度大概在1000~1300 kN.m/rad;

扭矩剛度計算方法

車身的扭轉(zhuǎn)剛度可以通過兩種方法計算得到，其中一種為實驗法，另一種為CAE方法。該兩種方法采用同樣的邊界條件，只是前者是在靜態(tài)變形測試平臺上完成測量，后者使用軟件進(jìn)行仿真模擬。

實驗法：

1. 約束后懸架與車身連接處；
2. 前減震器與車身連接點處施加T = 2 kN*1000 mm = 2 kN.m的扭矩（一般情況）；
3. 通過位移傳感器測得車身前后縱梁與門檻梁某點的位移值，然后換算出車身扭轉(zhuǎn)角Θ；
4. 通過公式k = T/Θ 計算出車身扭轉(zhuǎn)剛度 k



CAE法：

1. 約束后懸架與車身連接處1~6自由度；
2. 約束前端扭轉(zhuǎn)架中部1~3自由度；
3. 前端扭轉(zhuǎn)架施加T = 2 kN.m扭轉(zhuǎn)；
4. 通過NASTRAN進(jìn)行靜力分析，計算出對應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角Θ；
5. 通過公式k = T/Θ 計算出扭轉(zhuǎn)剛度k.



CAE法 - NASTRAN計算文件
使用hypermesh軟件按照上述CAE法對模型進(jìn)行邊界條件設(shè)置，導(dǎo)出nastran.bdf 計算文件，如下所示。把該計算文件提交到NASTRAN求解器進(jìn)行計算。



計算結(jié)果后處理
經(jīng)過NASTRAN計算后，得到如下所示的位移云圖。由圖我們可以讀取到，在2 kN.m的扭矩下，該白車身的扭轉(zhuǎn)角 Θ = 0.00258374rad.

簡單分析白車身(BIW)扭轉(zhuǎn)剛度問題

所以該白車身的扭轉(zhuǎn)剛度 k = T/Θ = 2/0.0025837= 774 kN.m/rad。
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