一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，發(fā)明一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法。首先建立車身結(jié)構(gòu)的整體仿真模型，并根據(jù)車身結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的需要，將車身結(jié)構(gòu)整體分解成若干個局部模塊。通過給各局部模塊的剛度一個適當(dāng)?shù)母淖兞?，考察整車結(jié)構(gòu)的剛度變化，以獲得各局部模塊對整車剛度的貢獻(xiàn)情況。通過分別計(jì)算并評價各局部模塊對整車彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度，并建立對應(yīng)的剛度貢獻(xiàn)度矩陣。將該評價方法應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，可以使設(shè)計(jì)人員有針對性地對各局部模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，有效地將碳纖維、高強(qiáng)鋼等新材料應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之中。
【專利說明】
一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，發(fā)明一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當(dāng)前極為重要的交通運(yùn)輸工 具。在擴(kuò)大汽車的服務(wù)領(lǐng)域和滿足各方面多樣化要求的前提下，作為汽車三大總成之一的 車身已后來居上越來越處于主導(dǎo)地位。
[0003] 隨著車身新材料的應(yīng)用以及模塊化進(jìn)程的發(fā)展，在進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時， 需要對車身各局部模塊中的桿件規(guī)格與結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)?？紤]到車身是一個大型空 間超靜定結(jié)構(gòu)，其各局部模塊中的構(gòu)件存在相互的耦合關(guān)系，因而在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時，面 臨的設(shè)計(jì)變量往往是多元而非單一的。
[0004] 剛度作為評價車身承載性能的重要指標(biāo)決定了車身結(jié)構(gòu)的布置形式。然而在進(jìn)行 車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時，現(xiàn)有的剛度評價方法只能考察整車結(jié)構(gòu)的剛度值，無法對車身各 局部模塊的剛度進(jìn)行評價?，F(xiàn)有的靈敏度分析等仿真方法也只能考察某些構(gòu)件中的某幾個 設(shè)計(jì)變量對整車剛度的影響，且操作流程復(fù)雜繁瑣，無法快速有效地應(yīng)用到車身結(jié)構(gòu)的設(shè) 計(jì)之中。因而設(shè)計(jì)人員由于缺少設(shè)計(jì)指導(dǎo)，只能依靠經(jīng)驗(yàn)在整車結(jié)構(gòu)中對各局部模塊結(jié)構(gòu) 進(jìn)行耦合迭代設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)模式往往導(dǎo)致車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期過長，且某些局部模塊 的材料利用率過低，不利于提高車身的性能與輕量化程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中存在的不足，發(fā)明一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度 貢獻(xiàn)度的評價方法。該方法通過對車身各分總成及局部模塊的剛度貢獻(xiàn)度進(jìn)行評價，可以 使設(shè)計(jì)人員有針對性地對各局部模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，使車身結(jié)構(gòu)整體性能的分配更 加合理，達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)重量且改善車身結(jié)構(gòu)性能的目標(biāo)。
[0006] -種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法，主要包括以下步驟：
[0007] (1)、建立車身整體仿真模型，并分別計(jì)算獲得整車的彎曲剛度K1與扭轉(zhuǎn)剛度K 2; [0008] (2)、將車身整體按照車身的各分總成分解為若干個局部模塊；
[0009] (3)、依次給各局部模塊/ = 1、2 ·..)：的剛度K(i)一個微小改變量Δ Κ(υ = λΚ⑴， 其中λ為剛度的改變比例，并分別計(jì)算改變后的整車彎曲剛度Kli與扭轉(zhuǎn)剛度K2i ( i = 1、 2. . .η)；
[0010] (4)、令1= (Kli-K1)AK1 X 100%，R2i=(K2i_K2)AK2 X 100%，Rii 即為局部模塊 i 對 整車彎曲剛度的貢獻(xiàn)度，R2i即為局部模塊i對整車扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度。
[0011] (5)、建立對應(yīng)的局部剛度貢獻(xiàn)度矩陣Ak
[0012]
[0013] 所述步驟(2)中的各分總成模塊，根據(jù)主要質(zhì)量安裝點(diǎn)及各功能模塊的設(shè)計(jì)要求 還可進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化分解，并進(jìn)行剛度貢獻(xiàn)的評價。
[0014] 實(shí)現(xiàn)所述步驟(3)中的給各局部模塊i(i = l、2. . .η)的剛度K(i)一個微小改變量λκ (1)，根據(jù)有限元計(jì)算中結(jié)構(gòu)剛度與材料楊氏模量的正比關(guān)系，可以通過給楊氏模量一個微 小改變量A E的方式，Δ E = λΕ，使局部模塊的剛度產(chǎn)生相同比例的改變Δ Κ( 1)，Δ K(1 > = λΚ (1)，由于在進(jìn)行剛度的數(shù)值計(jì)算時存在舍入誤差，因此改變比例λ的絕對值不能過小，經(jīng)反 復(fù)推敲驗(yàn)證，I λ I應(yīng)設(shè)定在區(qū)間[0.005，0.02 ]之內(nèi)。
[0015] 有益效果
[0016] 本發(fā)明的車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度評價方法，可以完成車身各局部模塊對整車 各項(xiàng)剛度性能參數(shù)的貢獻(xiàn)度評價，解決了現(xiàn)有的剛度靈敏度分析方法只能考察單個設(shè)計(jì)變 量對剛度的影響，無法評價車身各分總成或局部模塊整體的剛度及其對車身剛度的貢獻(xiàn)程 度的問題。
[0017] 將該評價方法應(yīng)用于車身的新材料應(yīng)用與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，可以使設(shè)計(jì)人員 有針對性地對各局部模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，在保證車身各項(xiàng)整體性能參數(shù)的同時，使 車身整體成為一個均勻承載的空間超靜定框架結(jié)構(gòu)，大大提高了各局部模塊材料的利用 率，對車身結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)具有重要意義。
[0018] 此外，通過對各局部模塊的剛度貢獻(xiàn)度進(jìn)行評價，還可以實(shí)現(xiàn)各分總成及局部模 塊的獨(dú)立設(shè)計(jì)，有利于汽車平臺化、模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，并大大縮短了研發(fā)周期，對實(shí) 際的項(xiàng)目開發(fā)具有重要意義。
【附圖說明】
[0019] 圖1是實(shí)施例中所采用的某12米公路客車的整車結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是整車結(jié)構(gòu)各分總成的分解示意圖；
[0021 ]圖3是車身底架的局部模塊分解示意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度評價方法各步驟的示意圖。
[0023] 其中，1為車身前圍、2為車身后圍、3為車身左側(cè)圍、4為車身右側(cè)圍、5為車身頂蓋、 6為車身底架、7為底架局部模塊一、8為底架局部模塊二、9為底架局部模塊三。 【具體實(shí)施方式】
[0024]發(fā)明人首先針對車身各局部模塊對整車剛度的^ :根據(jù)有限元計(jì)算 方法中結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣與單元剛度矩陣的疊加公式 知：車身整體剛度 與各局部模塊剛度之間存在一定的耦合疊加關(guān)系，即： 中K為車身整體剛 度，K(i)為車身各局部模塊剛度。
[0025]當(dāng)車身各局部模塊的剛度均發(fā)生相同比例λ的微小改變時，AK(i) = AK(i)(i = l、 2. . .η)，此時車身整體剛度的改變量
當(dāng)僅將局部模塊」 的剛度改變A Κ?)(令Δ Κ?) =λΚω)時，此時車身整體剛度的改變量為Δ Kj;當(dāng)λ-O時，則有 Δ Kj- Δ K(j)，此時令Rj = Δ Kj/ Δ Κ，則有Rj- Δ K(j)/ Δ Κ = λΚω/λΚ = Κ?)/Κ，發(fā)明人將λ-〇 時的Rj定義為車身局部模塊j對整車剛度的貢獻(xiàn)度。
[0026] 基于上述車身各局部模塊對車身整體剛度的貢獻(xiàn)度定義，發(fā)明一種車身結(jié)構(gòu)各局 部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法，主要包括以下步驟：
[0027] (1)、建立車身整體仿真模型，并分別計(jì)算獲得整車的彎曲剛度K1與扭轉(zhuǎn)剛度K 2;
[0028] (2)、將車身整體按照車身的各分總成分解為若干個局部模塊；
[0029] (3)、依次給各局部模塊i (i = I、2. . . )n的剛度K(i)一個微小改變量Δ K⑴=λΚ⑴， 其中λ為剛度的改變比例，并分別計(jì)算改變后的整車彎曲剛度Kli與扭轉(zhuǎn)剛度K2i ( i = 1、 2. . .η)；
[0030] (4)、令Rii=(Kii-Ki)AKiX 100%，R2i= (K2i-K2)AK2X 100%，Rii即為局部模塊i對 整車彎曲剛度的貢獻(xiàn)度，R2i即為局部模塊i對整車扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度；
[0031] (5)、建立對應(yīng)的局部剛度貢獻(xiàn)度矩陣Ak
[0032]
[0033] 所述步驟(2)中的各分總成模塊，根據(jù)主要質(zhì)量安裝點(diǎn)及各功能模塊的設(shè)計(jì)要求 還可進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化分解，并進(jìn)行剛度貢獻(xiàn)的評價。
[0034]實(shí)現(xiàn)所述步驟(3)中的給各局部模塊i(i = l、2. . .η)的剛度K(i)一個微小改變量λΚ (1)，根據(jù)有限元計(jì)算中結(jié)構(gòu)剛度與材料楊氏模量的正比關(guān)系，可以通過給楊氏模量一個微 小改變量A Ε( Δ Ε = λΕ)，使局部模塊的剛度產(chǎn)生相同比例的改變量Δ K(i) ( Δ K(i) = AK(i))。 由于有限元仿真方法中所采用的數(shù)值計(jì)算存在舍入誤差，因此改變比例λ的絕對值不能過 小，經(jīng)反復(fù)推敲驗(yàn)證，|λ|應(yīng)設(shè)定在區(qū)間[0.005,0.02]之內(nèi)。
[0035]結(jié)合附圖，以一項(xiàng)12米公路客車車身結(jié)構(gòu)方案為例，對本發(fā)明的車身結(jié)構(gòu)各局部 剛度貢獻(xiàn)度評價方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0036] (1)參見附圖1，對整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析，獲得車身結(jié)構(gòu)的垂向彎曲剛度K1 = 1.136Χ IO7N · m，縱向扭轉(zhuǎn)剛度Κ2 = 4·962Χ IO4N · m/deg。
[0037] (2)參見附圖2,將車身結(jié)構(gòu)整體分解為六大分總成，包括：I、車身前圍、2、車身后 圍、3、車身左側(cè)圍、4、車身右側(cè)圍、5、車身頂蓋、6、車身底架;再依次將各分總成的桿件楊氏 模量E增加1 %，并對更改后的整車剛度進(jìn)行計(jì)算;將調(diào)整前圍后整車的彎曲剛度記為K11、扭 轉(zhuǎn)剛度記為K21;將調(diào)整后圍后整車的彎曲剛度記為K 12、扭轉(zhuǎn)剛度記為K22;將調(diào)整左側(cè)圍后 整車的彎曲剛度記為K13、扭轉(zhuǎn)剛度記為K 23;將調(diào)整右側(cè)圍后整車的彎曲剛度記為1(14、扭轉(zhuǎn) 剛度記為K24;將調(diào)整頂蓋后整車的彎曲剛度記為K 15、扭轉(zhuǎn)剛度記為K25;將調(diào)整底架后整車 的彎曲剛度記為1(16、扭轉(zhuǎn)剛度記為K 26。
[0038] (3 )令-=(Kli-K1)AK1 X 100%，R2i =(K2i-K2)AK2 X 100 %，計(jì)算獲得：R11 = 1.42% ^ R2I = 5.84 % ^ Ri2 = 0.09 % ^ R22 = 0.40 % ^ Ri3 = 24.06 % ^ R23 = 17.74 % ^Ri4 = 13.74%、R24=17.94%、Ri5 = 2.19%、R25 = 12.70%、Ri6 = 57.95%、R26 = 44.74%;建立各分 總成對整車彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度矩陣Ak:
[0039]
[0040] (4)參見附圖3,對剛度貢獻(xiàn)度高的底架結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化分解，包括底架局部模塊一、 底架局部模塊二、底架局部模塊三;再進(jìn)一步考察底架各局部模塊對整車剛度的貢獻(xiàn)情況。 分別將各局部模塊的桿件楊氏模量E增加1 %，并對更改后的整車剛度進(jìn)行計(jì)算。將調(diào)整局 部模塊一后整車的彎曲剛度記為A f n、扭轉(zhuǎn)剛度記為Δ f 21;將調(diào)整局部模塊二后整車的 彎曲剛度記為A C 12、扭轉(zhuǎn)剛度記為Δ f 22;將調(diào)整局部模塊三后整車的彎曲剛度記為Δ V13、扭轉(zhuǎn)剛度記為Af23。
[0041 ] (5)令I(lǐng)T U= (r η-ΚΟ/λΚ! X 100%，IT 2i= (r 2Η(2)/λΚ2 X 100%，計(jì)算獲得:IT η = 20.97%'RSi = 17.33%、!^ 12 = 32.52%'RS2= 19.55%、!^ 13 = 4.30^)1^ 23 = 7.66%。建立 底架各局部模塊對整車彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度矩陣：
L0042J上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法，其特征在于:主要包括W下步驟： (1 )、建立車身整體仿真模型，并分別計(jì)算獲得整車的彎曲剛度Κι與扭轉(zhuǎn)剛度K2 ; (2) 、將車身整體按照車身的各分總成分解為若干個局部模塊； (3) 、依次給各局部模塊i 〇·; = 1、2...)前剛度Κ("一個微小改變量Δ κ(" = λκ("，其中入 為剛度的改變比例，并分別計(jì)算改變后的整車彎曲剛度Kii與扭轉(zhuǎn)剛度K2i(i = l、2. . .n); (4) 、令Rii=化1廣1(1)/人1(1乂100%，1?21=化2廣1(2)作1(2乂100%，虹測為局部模塊1對整車 彎曲剛度的貢獻(xiàn)度，R21即為局部模塊i對整車扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度。 巧）、建立對應(yīng)的局部剛度貢獻(xiàn)度矩陣Ak2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法，其特征在于： 所述步驟(2)中的各分總成模塊，根據(jù)主要質(zhì)量安裝點(diǎn)及各功能模塊的設(shè)計(jì)要求還可 進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化分解，并進(jìn)行剛度貢獻(xiàn)的評價。3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的車身結(jié)構(gòu)各局部剛度貢獻(xiàn)度的評價方法，其特征在于： 實(shí)現(xiàn)所述步驟(3)中的給各局部模塊i(i = l、2...n)的剛度kW-個微小改變量λΚ^， 根據(jù)有限元計(jì)算中結(jié)構(gòu)剛度與材料楊氏模量的正比關(guān)系，可W通過給楊氏模量一個微小改 變量A Ε的方式，A Ε = λΕ，使局部模塊的剛度產(chǎn)生相同比例的改變Δ kW，Δ rW = λΚ<ι>，由 于在進(jìn)行剛度的數(shù)值計(jì)算時存在舍入誤差，因此改變比例λ的絕對值不能過小，經(jīng)反復(fù)推敲 驗(yàn)證，|λ|應(yīng)設(shè)定在區(qū)間[0.005,0.02]之內(nèi)。
【文檔編號】G01M17/007GK105844039SQ201610195529
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】那景新, 袁正, 賀午陽, 慕文龍, 譚偉, 秦國鋒, 范以撒, 楊丹瑒, 劉偉濤, 姚成
【申請人】吉林大學(xué)