3-外文翻译 - 基于碰撞安全性的轿车车身结构轻量化设计
本科生毕业设计 (论文)
外 文 翻 译
原 文 标 题 A Lightweight Optimization Method of Vehicle
Body Structure Design
译 文 标 题 车身结构轻量化优化设计方法
作者所在系别 机电工程学院
译文标题 车身结构轻量化优化设计方法
原文标题 A Lightweight Optimization Method of Vehicle Body Structure Design
1
作 者 Zhixiang Li
原文出处 Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress
摘要：轻量化车身可以有效减少排放污染物，提高防撞性能和动态性能。轻量级
指数与车身质量成比例，与扭转刚度成反比，用于评估车身结构的轻度度。可以
根据增加的扭转刚度和减小质量降低轻量级指数。车身刚度的计算是一个线性过
程，可以通过有限元分析高精度模拟。在本文中，通过使用 CAE 分析软件研究
了车身的扭转刚度。模拟后，根据车身质量和扭转刚度计算轻量级指数。为了改
善轻质指数，应优化车身结构，以改善扭转刚度和减轻体重。当考虑燃料经济性
时，车辆的重量起到显着的作用，因此，车辆的车体结构是减轻重量的主要焦
点。然而，车身结构在支撑其他车辆部件，在碰撞情况下保护乘客和整体车辆性
能方面发挥重要作用。
关键词：轻量化 扭转刚度 地形优化 灵敏度分析
1前言
车身质量是车辆整体的主要组成部分，通常是帐户占整个质量的 30％以上。
汽车重量直接影响车辆被动安全性能 NVH 性能，废气排放和车辆处理性能具有国
家汽车排放法规和安全法规越来越严格，对汽车的要求重量变得更加严格，如何
设计汽车产品来满足所有法律在规章制度的前提下，尽量减少体质，成为其中之
一汽车行业的主要研究方向。
轻型车身设计方法，采用先进的生产技术，创新材料和优化设计技术优化车
身初步设计的结构，以达到目标设计性能最佳车身结构质量 [2]。 当一辆汽车在
路上行驶时，它会持续一个各种不均匀路面的载荷，这些载荷可分为弯曲载荷和
它们是扭转载荷，而车辆结构上的扭转载荷更严重可能导致门变形，密封条脱
落，体结构局部变形或即使是局部裂缝，所以车身扭转刚度是最基本和最重要的
一表现车身结构。 在本文中，使用有限元分析研究了车身的扭转刚度，得到优
化部件规格和结构，以改善车身扭转刚度并减少体重。
可以使用模拟分析来分析车身的扭转刚度和实验分析，仿真分析采用有限元
法建立实际扭转刚度实验模型，然后计算其刚度计算。 目前电脑的性能可以及
时有效地进行计算出一个高度详细的有限元汽车车身模型，具有满意的精度。
谢谢到CAE 方法它将节省大量的测试成本，及时指导车身的设计结构，提出优化
方法; 有限元法已经成为在车身特性设计和分析过程中不可或缺的[3]。
在结构优化过程中，首先，敏感性分析应该是对的以设计变量的灵敏度来确
定目标[4]然后根据灵敏度修改设计变量以获得最佳设计目标与约束条件。 设计
变量的灵敏度与 A轻量级优化方法相关其目标函数是由客观因素的变化来衡量的
单位设计变量的变化，灵敏度分析是 opti 的基础可以根据敏感度进行结构分析，
优化结构分析，这将节省大量的计算时间并改进优化因此，在工业中期望提供一
种改进的轻型汽车车身结构，特别是车身框架，其保持所需的强度，刚度和稳定
性特性，以满足乘客安全和车辆性能标准。此外，身体结构应当可使用现有技术
和材料制造，以实现减轻重量而不增加成本。此外，主体结构应该能够减少总成
分，以进一步降低成本和制造时间。
2
2 灵敏度分析的基本理论
从结构分析可以分为动态分析和静态分析两个方面，结构敏感性分析也可以
分为动力敏感性分析和静态敏感性分析。动态灵敏度分析包括特征值灵敏度分
析，传递函数灵敏度分析和动态响应敏感性分析。静态敏感性分析可以是压力，
位移等。对于车辆，灵敏度分析是指车身刚度强度，自由模式和敏感性分析的应
变能，部分结构参数包括材料厚度和横截面转动惯量[5 |。有两种计算灵敏度的
方法，推导方法和伴随结构的方法。直接推导法，是亲由胡力构成 R.Kapoor
M.P，然后由许多人开发和推广人们在广泛的领域。直接推导法具有明显的物理
意义概念，简单的数学理论方便计算可扩展从一阶敏感度到高阶灵敏度，因此是
广泛的在工业领域[6]。
3 BIW 扭转刚度分析
汽车 BIW 的有限元模型由 769 862 组成元素包括三角形元素和四边形元素重
量为 371.2公斤。为了比较车辆扭转刚度试验过程中的有限元分析模型需要使用
直径为50 mm 的梁单元进行模拟测试设备如图有限元边界条件分析模型如图 1 所
示。 3，左右后方的震动塔都很硬点被限制在 X，翻译 DOF 左右前方震动吸收塔
受限于 X方向 DOF。负载被施加到两个前冲击塔的中心在垂直方向这是平等的，
但与相反的方向。负载通过公式 F = M / L 获得，其中 M是测试扭矩值，L是左
右前冲击中心之间的距离塔。刚度结果与施加的扭矩无关，但对于目的是与试验
结果进行比较，施加的扭矩为4000 Nm，进行试验过程如图 1 所示。 4。导出左
右负载点的 Z方向位移使用公式计算扭转刚度值，扭转刚度 K如下： M 施加扭
矩; ts Z 大号和AZ 尺是负载点的 Z方向位移;L 是负载点之间的距离。轻量级指
标[7]，是评估的关键因素之一车身结构的性能，通过车身扭转刚度和质量计算
该越少越好轻体重指数与车身质量成正比，反之亦然与扭转刚度成比例因此减轻
轻量级的指标最多有效的方法是增加扭转刚度，同时减少体重，车身轻量级指数
计算公式如下。在公式中：M是体重; K是扭转刚度; A是车身项目区（轴距 x 胎
面）。通过有限元软件的分析计算，刚度车身如表 1 所示，主体 Z方向的轮廓显
示如下图。 5，根据图车身的位移改变了总之，符合预期的负载情况。
4 BIW 结构刚度灵敏度分析与优化
根据敏感性分析，各种零件的影响相关性能可以判断，灵敏度更大意味着部
件厚度更多重要的是相应的属性，因此关键组件可以确定并优化。部件的主要特
点包括结构。形状，厚度，材料性能，加工性等，用于线性分析如扭转刚度材料
的非线性特性不会影响扭转刚度性能，部件的结构形状和尺寸是扭转刚度的主要
因素。车身扭转刚度主要取决于连接器部件属性和车身 com 几何特性部分厚度和
部分厚度是确定几何的因素之一部件的特点，是影响扭转刚度的主要因素之一。
通过有限元分析，部件厚度对扭转的影响刚度可以方便地研究。在本文
中，50 部分的车身（包括对称部分）设置灵敏度分析，在分析中只有一面的对称
3
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本科生毕业设计(论文)外文翻译原文标题ALightweightOptimizationMethodofVehicleBodyStructureDesign译文标题车身结构轻量化优化设计方法作者所在系别机电工程学院译文标题车身结构轻量化优化设计方法原文标题ALightweightOptimizationMethodofVehicleBodyStructureDesign1作者ZhixiangLi原文出处ProceedingsoftheFISITA2012WorldAutomotiveCongress摘要：轻量化车身可以有效减少排放污染物，提高防撞性能和动态性能。轻量级指数与车身质量成比例，与扭转...
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作者：闻远设计
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