[发明专利]一种车身结构扭转刚度计算方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，GI_P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。

发明内容

本发明设计开发了一种车身结构扭转刚度计算方法。本发明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。

本发明提供的技术方案为：

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θ_i；

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＝θ_f-θ_r，

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，θ_f为所述前轴断面转角，θ_r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：