[發明專利]一種車身結構扭轉剛度計算方法

有效

• 申請號: 201710051140.5
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106844970B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 那景新;慕文龍;秦國鋒;蘇亮;王登峰;范以撒;譚偉;袁正;賀午陽;浦磊鑫
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 周明飛

技術領域

本發明涉及車身結構設計領域，具體涉及一種車身結構扭轉剛度計算方法。

背景技術

扭轉剛度作為評價車身承載性能的重要指標，體現了結構抵抗扭轉變形的能力，同時直接或者間接的影響了車身的可靠性、安全性、NVH性能等，對于整車結構設計具有十分重要的意義。扭轉剛度的概念來自于材料力學中對圓軸扭轉剛度的定義：等截面圓軸在一端固定，另一端扭矩作用的條件下，其扭轉剛度計算公式為

其中，M為施加的扭矩，θ為兩端之間的相對轉角，GI_P為圓軸的抗扭剛度，l為圓軸兩端之間距離。

在計算汽車車身扭轉剛度時，一般通過計算前軸所在斷面轉角和后軸所在斷面轉角，從而得到前后軸間相對轉角，然后根據車身結構受到的扭矩計算軸間扭轉剛度，以此來表征車身結構抗扭轉變形的能力。通過有限元軟件進行扭轉剛度仿真計算時，邊界條件一般為：在懸架等效模型的前軸左、右端點處施加反向載荷，同時約束后軸x、y、z方向的平動自由度，如圖1所示。然后根據左加載點反力F₁、右加載點反力F₂計算車身結構所受到扭矩M，其中b₁為左、右加載點在y軸方向上的距離。此時前后軸斷面相對轉角為其中δ₁、δ₂、δ₃、δ₄分別為前軸左右加載點和后軸左右約束點在扭矩M作用下的垂向位移，b₂為左、右約束點在y軸方向上的距離。則車身結構扭轉剛度

在理想的扭轉變形中，變形前后轉動中心位置保持不變，斷面上其余各點只發生繞其的轉動，然而由于全承載車身結構的復雜性，在扭轉工況作用下，同一斷面上各點不僅產生轉動位移，還會發生平動位移，導致變形前后轉動中心位置發生改變，現有方法沒有考慮到平動位移對斷面扭轉角的影響，所計算的斷面轉角顯然是不客觀的，從而基于此得到的扭轉剛度也不能客觀真實的反映車身結構抵抗扭轉變形的能力。除此之外，在傳統扭轉剛度計算方法中，計算所獲得的扭轉剛度是車身與懸架結構的串聯剛度，不同的懸架剛度對計算結果存在影響，無法客觀的比較車身結構的扭轉剛度。而且，加載點附近車身結構的局部變形、加載點位置、懸架與車身的連接位置等都會對計算結果產生較大影響。

發明內容

本發明設計開發了一種車身結構扭轉剛度計算方法。本發明的目的是消除扭轉剛度計算過程中平動位移對計算的影響，減小計算誤差。

本發明提供的技術方案為：

一種車身結構扭轉剛度計算方法，包括如下步驟：

步驟一、沿車身縱向方向確定前部第一斷面、前部第二斷面、后部第一斷面以及后部第二斷面；

步驟二、確定所述前部第一斷面以及前部第二斷面分別與前軸斷面之間的距離，確定所述后部第一斷面以及后部第二斷面分別與后軸斷面之間的距離；

步驟三、施加扭轉載荷，計算任意斷面中旋轉中心O的坐標以及施加扭轉載荷后任意斷面中旋轉中心O'的坐標；

步驟四、計算所述任意點i在施加扭轉載荷后繞旋轉中心轉角θ_i；

步驟五、計算所述前軸斷面轉角以及所述后軸端面轉角；

步驟六、計算車身結構扭轉剛度：

其中，Δθ＝θ_f-θ_r，

式中，F₁為前軸左加載點反力，F₂為前軸右加載點反力，b₁為前軸左右加載點之間橫向距離，θ_f為所述前軸斷面轉角，θ_r為所述后軸斷面轉角。

優選的是，在所述步驟三中，計算任意斷面中旋轉中心O的坐標以及施加扭轉載荷后任意斷面中旋轉中心O'的坐標：