[发明专利]一种基于相对灵敏度的非承载式白车身轻量化方法

权利要求书

1.一种基于相对灵敏度的非承载式白车身轻量化方法，其特征在于：按照如下步骤进行：

步骤1，根据CATIA三维模型建立有限元分析模型；

步骤2，进行非承载式白车身弯曲刚度扭转刚度以及模态分析；

步骤3，分别建立刚度和模态灵敏度响应分析模型；

步骤4，在灵敏度分析的基础上进行相对灵敏度分析并选出轻量化部件；

步骤5，对筛选出的部件进行多目标尺寸优化；

步骤6，将轻量化后的非承载式白车身进行性能验证；

步骤3中，以板件厚度d为设计变量进行灵敏度分析；灵敏度分析的基本形式为：

其中，X为参考点处车身结构设计参数组成的向量；x为车身结构设计参数的变化，默认值为上、下限之差的1％；e为和X同维数的向量；u为车身结构性能参数；刚度灵敏度的数学模型由刚度计算公式：

[K]_n*n{u}_n*l＝{F}_n*l，

其中，[K]_n*n为研究对象的整体刚度；{u}_n*l为分析模型的位移向量；{F}_n*l为分析模型的外载荷向量；上式对设计变量d即厚度求偏导后可得：

[K,_d]_n*n{μ}_n*l+[K]_n*n{u,_d}_n*l＝{F,_d}_n*l＝{0}_n*l，

{μ，_d}＝-[K]_n*n^-1[K,_d]_n*n{μ}_n*l，

其中，[K,_d]_n*n^-1为分析模型整体刚度逆矩阵结构模型的总刚度矩阵，是各单元的相应扩阶矩阵叠加而成；

在刚度灵敏度计算中，可以将测量点的位移作为刚度响应的一种替代；在载荷设置不变的条件下，位移的变化即为刚度的变化；

模态灵敏度由材料性质以及厚度决定，以白车身质量最小为目标；一阶弯曲模态大于原有值为约束，以质量和模态频率为响应进行分析；

步骤4具体为：

由步骤3分别计算出关于弯曲刚度、扭转刚度、一阶扭转模态、质量的灵敏度后根据相对灵敏度定义公式：

其中S_w为质量直接灵敏度，S_b为直接弯曲刚度灵敏度，S_t为直接扭转刚度灵敏度，S_f为直接模态灵敏度。

2.根据权利要求1所述的基于相对灵敏度的非承载式白车身轻量化方法，其特征在于，步骤1具体为：

1.1根据CATIA三维模型建立有限元模型，网格质量需满足：warpage or warp15°；Skewness60°；Jacobian≧0.6；Ratio of length to width≦5；Minimuminternal angleof CQUAD4＝45°；Maxmuminternal angle of CQUAD4＝135°；Minimuminternal angle ofCTRIA3＝15°；Maxmuminternal angle of CTRIA3＝105°；

1.2薄板连接处焊点单元采用ace(general)类型；螺栓连接处采用RBE3单元；车架车身连接处以及悬架安装点采用RIGID单元；

1.3螺栓孔周围采用双层washer单元，薄板焊接边缘部分网格密度为双层；

1.4将不同的材料属性按照部件库表赋予组件。