一种车身结构扭转刚度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种车身结构扭转刚度计算方法，包括：该方法首先沿车身纵向确定各断面的位置，然后分别计算扭转工况下断面上各点绕其转动中心的转角，并剔除转角样本中的异常数据，得到各断面转角评价值，最后通过线性插值，得到前轴断面以及后轴断面的转角，并计算车身结构扭转刚度。

【技术实现步骤摘要】
一种车身结构扭转刚度计算方法
本专利技术涉及车身结构设计领域，具体涉及一种车身结构扭转刚度计算方法。
技术介绍
扭转刚度作为评价车身承载性能的重要指标，体现了结构抵抗扭转变形的能力，同时直接或者间接的影响了车身的可靠性、安全性、NVH性能等，对于整车结构设计具有十分重要的意义。扭转刚度的概念来自于材料力学中对圆轴扭转刚度的定义：等截面圆轴在一端固定，另一端扭矩作用的条件下，其扭转刚度计算公式为其中，M为施加的扭矩，θ为两端之间的相对转角，GIP为圆轴的抗扭刚度，l为圆轴两端之间距离。在计算汽车车身扭转刚度时，一般通过计算前轴所在断面转角和后轴所在断面转角，从而得到前后轴间相对转角，然后根据车身结构受到的扭矩计算轴间扭转刚度，以此来表征车身结构抗扭转变形的能力。通过有限元软件进行扭转刚度仿真计算时，边界条件一般为：在悬架等效模型的前轴左、右端点处施加反向载荷，同时约束后轴x、y、z方向的平动自由度，如图1所示。然后根据左加载点反力F1、右加载点反力F2计算车身结构所受到扭矩M，其中b1为左、右加载点在y轴方向上的距离。此时前后轴断面相对转角为其中δ1、δ2、δ3、δ4分别为前轴左右加载点和后轴左右约束点在扭矩M作用下的垂向位移，b2为左、右约束点在y轴方向上的距离。则车身结构扭转刚度在理想的扭转变形中，变形前后转动中心位置保持不变，断面上其余各点只发生绕其的转动，然而由于全承载车身结构的复杂性，在扭转工况作用下，同一断面上各点不仅产生转动位移，还会发生平动位移，导致变形前后转动中心位置发生改变，现有方法没有考虑到平动位移对断面扭转角的影响，所计算的断面转角显然是不客观的，从而基于此得到的扭转刚度也不能客观真实的反映车身结构抵抗扭转变形的能力。除此之外，在传统扭转刚度计算方法中，计算所获得的扭转刚度是车身与悬架结构的串联刚度，不同的悬架刚度对计算结果存在影响，无法客观的比较车身结构的扭转刚度。而且，加载点附近车身结构的局部变形、加载点位置、悬架与车身的连接位置等都会对计算结果产生较大影响。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种车身结构扭转刚度计算方法。本专利技术的目的是消除扭转刚度计算过程中平动位移对计算的影响，减小计算误差。本专利技术提供的技术方案为：一种车身结构扭转刚度计算方法，包括如下步骤：步骤一、沿车身纵向方向确定前部第一断面、前部第二断面、后部第一断面以及后部第二断面；步骤二、确定所述前部第一断面以及前部第二断面分别与前轴断面之间的距离，确定所述后部第一断面以及后部第二断面分别与后轴断面之间的距离；步骤三、施加扭转载荷，计算任意断面中旋转中心O的坐标以及施加扭转载荷后任意断面中旋转中心O'的坐标；步骤四、计算所述任意点i在施加扭转载荷后绕旋转中心转角θi；步骤五、计算所述前轴断面转角以及所述后轴端面转角；步骤六、计算车身结构扭转刚度：其中，Δθ＝θf-θr，式中，F1为前轴左加载点反力，F2为前轴右加载点反力，b1为前轴左右加载点之间横向距离，θf为所述前轴断面转角，θr为所述后轴断面转角。优选的是，在所述步骤三中，计算任意断面中旋转中心O的坐标以及施加扭转载荷后任意断面中旋转中心O'的坐标：式中，施加扭转载荷前，所述任意断面上任意点i的坐标为yi和zi，旋转中心O的坐标为yo和zo，施加扭转载荷后，任意点i移动到任意点i'处，旋转中心O'的坐标为yo′和zo′，所述任意断面上任意点i'的坐标为yi+Dyi和zi+Dzi，其中，Dyi为所述任意点i在相应断面上水平方向的位移，Dzi为所述任意点i在相应断面上竖直方向的位移。优选的是，在所述步骤四中，计算所述任意点i在施加扭转载荷后绕旋转中心转角θi：优选的是，所述步骤四中，对任意断面上的全部任意点i的转角θi进行正态分布检验，如果总体服从正态分布，则剔除异常数据后得到转角期望值作为所述转角θi；如果总体不服从正态分布，则取转角θi样本中值作为断面转角评价值。优选的是，剔除异常数据的过程包括如下步骤：步骤a、计算转角期望值式中，n为选取的任意点数目；步骤b、计算转角的标准差步骤c、计算转角的残差当时，θi视为异常值，将其剔除，并且重复此过程，直到将转角中异常值全部除去。优选的是，所述步骤五中，通过以下公式计算所述前轴断面转角以及所述后轴端面转角：式中，θf为所述前轴断面转角，θr为所述后轴断面转角，θ1为所述前部第一断面上任意点i在施加扭转载荷后绕其旋转中心的转角，θ2为所述前部第二断面上任意点i在施加扭转载荷后绕其旋转中心的转角，θ3为所述后部第一断面上任意点i在施加扭转载荷后绕其旋转中心的转角，θ4为所述后部第二断面上任意点i在施加扭转载荷后绕其旋转中心的转角，l1、l2为所述前部第一断面以及前部第二断面分别与前轴断面之间的距离，l3、l4为所述后部第一断面以及后部第二断面分别与后轴断面之间的距离。本专利技术与现有技术相比较所具有的有益效果：1、本专利技术所涉及的车身结构扭转刚度计算方法，通过计算扭转工况下断面上各点到该断面旋转中心的转角，并进行插值得到前轴断面及后轴断面的转角，能够更加客观稳定地计算整车扭转刚度，同时本方法消除了转动过程中平动位移的影响，能够有效地评估车身结构抵抗扭转变形的能力，帮助工程技术人员在车身结构的开发设计过程中，把握所设计车身结构的相关性能，有针对性地进行优化改进，达到提升整车性能的目的；2、本专利技术所涉及的车身结构扭转刚度计算方法，能够有效避免加载点位置、悬架与车身连接位置对计算结果的影响，也可以将加载点附近结构的局部变形和悬架局部刚度的影响排除，从而获得真实的车身结构扭转刚度，进一步保证所得到的扭转刚度结果的客观性和稳定性。同时计算结果的可对比性也更好，将其应用在不同车型的对标分析中时，只要保证前后轴间距离一定，通过计算所得到的扭转刚度值均可以用作对比分析，衡量不同车身结构抵抗扭转变形能力的差异，更有利于指导车身结构的设计开发；3、本专利技术所涉及的车身结构扭转刚度计算方法，在确定断面时，通过选择前后轴附近封闭环位置处的断面，能够有效增加计算转角时的节点数量，保证转角样本足够大，从而有利于针对转角样本进行统计分析，使所计算的断面转角更具有代表性。同时封闭环处的断面更接近于刚性断面，断面上各节点的变形更符合扭转变形，能够减小计算的误差。附图说明图1为扭转工况边界条件示意图。图2车身结构及悬架模型示意图。图3断面位置示意图。图4任意点i或者节点i绕转动中心转角示意图。图5工况一中前轴左右加载点位置示意图。图6本专利技术的车身结构扭转刚度计算方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术考虑到客车车身结构中，前轴断面和后轴断面没有完整的封闭环结构，直接计算其断面转角时误差较大，因此该方法首先在前轴断面和后轴断面附近，根据封闭环结构的位置确定断面，然后计算扭转工况下断面上各点相对于对应断面旋转中心的转角，并剔除转角样本中的异常数据，得到各断面转角评价值，最后通过线性插值，得到前轴断面以及后轴断面的转角，并计算车身结构扭转刚度。本专利技术提供了一种车身结构扭转刚度计算方法，主要包括如下步骤：步骤一、建立车身结构模型及悬架系统等效模型；步骤二、沿车身纵向方向(x轴方向)确定前部第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车身结构扭转刚度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、沿车身纵向方向确定前部第一断面、前部第二断面、后部第一断面以及后部第二断面；步骤二、确定所述前部第一断面以及前部第二断面分别与前轴断面之间的距离，确定所述后部第一断面以及后部第二断面分别与后轴断面之间的距离；步骤三、施加扭转载荷，计算任意断面中旋转中心O的坐标以及施加扭转载荷后任意断面中旋转中心O'的坐标；步骤四、计算所述任意点i在施加扭转载荷后绕旋转中心转角θ

【技术特征摘要】
1.一种车身结构扭转刚度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、沿车身纵向方向确定前部第一断面、前部第二断面、后部第一断面以及后部第二断面；步骤二、确定所述前部第一断面以及前部第二断面分别与前轴断面之间的距离，确定所述后部第一断面以及后部第二断面分别与后轴断面之间的距离；步骤三、施加扭转载荷，计算任意断面中旋转中心O的坐标以及施加扭转载荷后任意断面中旋转中心O'的坐标；步骤四、计算所述任意点i在施加扭转载荷后绕旋转中心转角θi；步骤五、计算所述前轴断面转角以及所述后轴端面转角；步骤六、计算车身结构扭转刚度：其中，Δθ＝θf-θr，式中，F1为前轴左加载点反力，F2为前轴右加载点反力，b1为前轴左右加载点之间横向距离，θf为所述前轴断面转角，θr为所述后轴断面转角。2.如权利要求1所述的车身结构扭转刚度计算方法，其特征在于，在所述步骤三中，计算任意断面中旋转中心O的坐标以及施加扭转载荷后任意断面中旋转中心O'的坐标：式中，施加扭转载荷前，所述任意断面上任意点i的坐标为yi和zi，旋转中心O的坐标为yo和zo，施加扭转载荷后，任意点i移动到任意点i'处，旋转中心O'的坐标为yo′和zo′，所述任意断面上任意点i'的坐标为yi+Dyi和zi+Dzi，其中，Dyi为所述任意点i在相应断面上水平方向的位移，Dzi为所述任意点i在相应断面上竖直方向的位移。3.如权利要求2所述的车身结构扭转刚度计算方法，其特征在于，在所述步骤四中，计算所述任意点i在施加扭转载荷后绕旋转中心转角θi：

【专利技术属性】
技术研发人员：那景新，慕文龙，秦国锋，苏亮，王登峰，范以撒，谭伟，袁正，贺午阳，浦磊鑫，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22