一种白车身扭转刚度仿真计算方法

摘要

本发明涉及计算机辅助工程技术领域，具体地指一种白车身扭转刚度仿真计算方法。在仿真软件中构建白车身模型和扭转框架，将扭转框架与白车身模型中的悬架安装部位连接使扭转框架与白车身模型在X向和Y向上固定，对扭转框架施加沿Z向的载荷使白车身模型跟随扭转框架绕X向轴线扭转，记录扭转框架与悬架安装部位连接点的位移，根据施加的载荷和连接点的位移计算白车身模型的扭转刚度。本发明通过在仿真软件中构建扭转框架，完全模拟白车身扭转刚度测试工况，由于不涉及到实物的投入，扭转刚度的获取极为方便且低廉，可广泛应用于白车身的设计过程中，使用的仿真方法以及模型的构建极为简单、方便，具有极大的推广价值。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助工程技术领域，具体地指一种白车身扭转刚度仿真计算方法。

背景技术

白车身刚度是车身设计的一个重要指标，它决定了车辆在外力作用下抵抗变形的能力。白车身刚度，特别是扭转刚度，与耐久、NVH、操纵稳定性等多种性能相关。通常，在控制成本和重量的情况下，是希望扭转刚度越大越好的，因此需要进行汽车白车身扭转刚度的测试实验。现有的测试实验是构建一个测试系统，如专利号为“CN102455251A”的名为“一种汽车白车身扭转刚度测试系统”的中国发明专利，该专利保护的测试系统包含前悬台架、后悬台架、动力输出装置、加载装置，将待实验的白车身放置在悬台架上，利用加载装置对白车身的一侧施加荷载，然后记载白车身的扭转角度，以此来测量白车身的扭转刚度。这种实验方法比较简单，能够准确测量白车身的扭转刚度。但这种实验方法需要构建实物测试系统，需要反复大量的实验，对于扭转刚度不合理的白车身，需要更新调整，这无疑会耗费大量的人力物力以及时间，实验成本的体量太大，仅适合作为成熟产品的测试工具，而不能作为新产品的设计辅助工具。

因此，有人提出铜鼓仿真的方法进行白车身扭转刚度测试，通过需仿真计算的方法进行分析，评估白车身扭转刚度特性，具体的用仿真方法计算白车身扭转刚度主要流程如下：

1、建立白车身有限元仿真模型；

2、加载单位载荷以及车身最少约束；

3、输出测量点扭转角度，根据公式计算出扭转刚度。

其中，第2步载荷施加是最为关键的一步，加载方式直接影响扭转刚度计算的精度。现有的或者说是传统的扭转刚度仿真方法是不借助加载装置，直接在减振器孔的中心点上施加载荷，这种方式在车身发生一定变形时无法避免扭矩的加载方向和大小变化。更重要的是，在实际试验过程中，保证左右两侧加载完全反对称的集中力是无法实现的。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种白车身扭转刚度仿真计算方法。

本发明的技术方案为：一种白车身扭转刚度仿真计算方法，其特征在于：在仿真软件中构建白车身模型和扭转框架，将扭转框架与白车身模型中的悬架安装部位连接使扭转框架与白车身模型在X向和Y向上固定，对扭转框架施加沿Z向的载荷使白车身模型跟随扭转框架绕X向轴线扭转，记录扭转框架与悬架安装部位连接点的位移，根据施加的载荷和连接点的位移计算白车身模型的扭转刚度。

进一步的所述将扭转框架与白车身模型中的悬架安装部位连接的方法包括：将扭转框架与白车身模型中的两个悬架减震器安装孔连接。

进一步的所述在仿真软件中构建扭转框架的方法包括：在仿真软件中构建一可套设在白车身模型上的矩形框架；所述矩形框架包括处于YZ向平面内的两根沿Z向布置的一维刚性构件和两根沿Y向布置的一维刚性构件固定连接形成的矩形结构；在沿Y向布置的一维刚性构件上设置一使该一维刚性构件仅可绕X向轴线转动的约束点；在矩形框架内构建两根沿Z向布置的一维刚性立柱，立柱下端固定于矩形框架内，上端沿Z向延伸与白车身模型中的悬架减震器安装孔对应。

进一步的所述约束点位于沿Y向布置的一维刚性构件的中点处。

进一步的所述构建的两根立柱以矩形框架的中心线为中心对称分置于矩形框架的中心线Y向两侧。

进一步的所述的对扭转框架施加载荷的方法包括：对矩形框架沿Z向的上端施加沿Z向向下的载荷，载荷施加的施力点处于同侧立柱沿Y向远离矩形框架中心线一侧。

进一步的所述的施力点为矩形框架上端一侧边角。

进一步的所述的使白车身模型跟随扭转框架绕X向轴线扭转的方法为：对矩形框架施加沿Z向的载荷，迫使矩形框架绕两个约束点在矩形框架所在的YZ向平面内扭转，进而带动两根立柱转动，从而对与两根立柱连接的白车身模型施加扭矩，使白车身扭转。

进一步的所述的记录扭转框架与两个悬架减震器安装孔连接点的位移的方法包括：记录两根立柱上端的位移。

进一步的所述的计算白车身扭转刚度的方法包括：按照下列公式计算扭转刚度：

E＝(F*L

其中：E——扭转刚度；

F——施加到矩形框架上的载荷；

L

L

L

L

本发明通过在仿真软件中构建扭转框架，使用扭转框架对白车身模型中的两个悬架悬架减震器安装孔定位连接，对扭转框架施加载荷即可迫使白车身模型产生扭转，完全模拟白车身扭转刚度测试工况，由于不涉及到实物的投入，扭转刚度的获取极为方便且低廉，可广泛应用于白车身的设计过程中，使用的仿真方法以及模型的构建极为简单、方便，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本实施例的扭转框架结构示意图；

图2：本实施例的扭转框架与白车身模型连接结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～2所示，本实施例的白车身扭转刚度仿真计算，首先在仿真软件中构建设计的白车身模型，如图2所示。白车身模型的前半部分包括两个悬架减震器安装孔，两个悬架减震器安装孔以白车身模型的X向中心线为中心对称布置。

在仿真软件中构建扭转框架，本实施例的扭转框架包括一可套设在白车身模型上的矩形框架，矩形框架包括处于YZ向平面内的两根沿Z向布置的一维刚性构件和两根沿Y向布置的一维刚性构件固定连接形成的矩形结构(如图1所示的，点5-点10梁和点6-点9梁为沿Y向布置的一维刚性构件，点5-点6梁和点9-点10梁为沿Z向布置的一维刚性构件，其中点5、点6、点9、点10均为固定点，不能移动)，矩形框架可套设在白车身模型上，用于模拟对白车身模型进行扭矩施加的测试系统。其中，矩形框架内还构建两根沿Z向布置的一维刚性立柱(如图1所示，点3-点7梁和点4-点8梁为沿Z向布置的立柱，点3-点7梁和点4-点8梁分别通过点7和点8固定在点6-点9梁上，点7和点8为固定点，不能移动，点3和点4为自由点，可以移动，点3和点4是与两个悬架减震器安装孔的连接点)，立柱下端固定于矩形框架内，上端沿Z向延伸与白车身模型中的悬架减震器安装孔对应；矩形框架内在沿Y向布置的一维刚性构件上设置一使该一维刚性构件仅可绕X向轴线转动的约束点，如图1和2所示，本实施例的约束点为点1和点2，点1和点2约束矩形框架除X轴向旋转的一切运动，即沿Y向布置的一维刚性构件点5-点10梁和点6-点9梁只能分别绕穿过点1和点2的X向轴线旋转。

实际试验时，将扭转框架套设在白车身模型上，将两根立柱分别由下至上穿设于两个对应的悬架减震器安装孔内，使立柱与悬架减震器安装孔的中心线重合，确保白车身模型与立柱之间在X向和Y向上是固定的。

对扭转框架施加载荷，本实施例直接对扭转框架中的沿Y向布置的一维刚性构件施加沿Z向向下的载荷，本实施例的载荷施加点为点5或是点10(如图1～2所示为点5)，迫使矩形框架绕两个约束点(点1和点2)在矩形框架所在的YZ向平面内扭转，进而带动两根立柱转动，从而对与两根立柱连接的白车身模型施加扭矩，使白车身扭转。实际实验过程中，载荷施加方向不限于沿Z向向下，载荷施加点不限于点5或是点10，只要能够实现扭转框架绕约束点旋转即可。

记录两根立柱上端的位移，即记录点3和点4在扭转后的位移，按照下列公式计算扭转刚度：

E＝(F*L

其中：E——扭转刚度；

F——施加到矩形框架上的载荷；

L

L

L

L

所述X向指汽车(即本实施例的白车身)的前后方向，如图1中的垂直纸面的方向，Y向指汽车的左右方向，如图1中的左右方向，Z向指汽车的上下方向，如图1中的上下方向，YZ平面及与X向垂直的平面，如图1中的平行纸面的平面。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。