车身参数化与轻量化设计

近年来,我国汽车工业高速发展,产销量已经连续10年位居世界*,成为名副其实的世界汽车制造大国?随着我国汽车自主研发和科技创新的全面开展,汽车车身结构正向开发设计受到汽车企业的高度重视,结构参数化和轻量化优化集成设计是车身高效正向开发必不可少的重要手段。传统的车身设计流程,从零件结构形状、断面设计到车身几何模型的更新,再到车身有限元模型搭建、仿真分析和结构优化,要耗费大量时间和人力,通常经过轮的设计优化并不能满足设计目标要求,需要重复进行设计与分析计算,无论是几何模型的修改还是有限元模型的调整,均需要耗费相当大的人力和物力。
SFE-CONCEPT软件提供了一个完全隐式结构的参数化设计平台,可用模块化方法对车身结构进行参数化建模,通过相应的设置能够直接自动生成用于各种计算任务的高质量有限元模型,可在产品开发设计早期的概念设计阶段实现真正意义上的“分析驱动设计”,形成车身结构参数化设计平台,进行同平台和跨平台车型参数化车身的模块共享,实现车身结构的快速变形、调整和衍生,能快速完成车身结构几何变化与修改,实现拓扑结构?断面和板厚的自动调整和模型重建,并保持变形后各零件连接关系特性。SFE-CONCEPT软件提供了丰富的与外部有限元求解器和多学科优化软件交换数据的接口,并通过与多目标优化软件和有限元求解器进行集成和联动,进行车身结构的自动设计、分析与优化,实现车身结构多性能目标的自动寻优,确定有效解决方案;能显著提升车身的研发效率和性能品质,降低研发成本,缩短开发周期,有效支撑自主品牌车型车身结构的正向开发?SFE-CONCEPT软件作为汽车行业中一种全新的汽车概念设计解决方案,已经被欧洲、北美、澳大利亚和日本等地区的各大整车企业广泛运用。
本书以汽车车身结构参数化和轻量化优化设计为主线,从便于企业产品开发一线的工程师阅读和应用的视角出发,既重视车身结构设计理论与方法的渐进性和系统性,又强调所选案例的针对性和实用性;既聚焦车身参数化和轻量化优化设计具体的方法和步骤,又关注不同车企车身结构系列化和平台化设计开发的特殊需求,努力从不同层面剖析车身参数化和轻量化优化设计的共性技术关键,深入浅出地论述了车身研发中结构参数化设计和轻量化优化设计的基本理论方法和共性核心技术,为读者提供丰富、全面和翔实技术资料?本书首先介绍了车身分类?组成?开发原则和设计流程,论述了车身轻量化的基本概念。国内现状和发展趋势;分析了不同工况下车身载荷与传递路径,阐明了车身结构轻量化设计方法;然后介绍了车身结构轻量化设计中应用*广泛的有限元法的基本建模方法,列举了汽车行业产品开发中*常用的几款商用有限元分析软件,并通过实例论述了车身弯扭刚度?模态和结构抗撞性的有限元建模与分析方法;接着简要说明了本书的重点内容SFECONCEPT软件的开发背景和性能特点,重点介绍了车身参数化建模术语、结构区域划分与命名规则、零部件模块化参数化设计方法,以及各模块和车身总成的装配方法?变量录制及参数化模型调整方法;阐明了由参数化模型自动生成高质量有限元模型的方法、有限元模型信息的命名规范。不同分析任务有限元模型加载和计算方法,以及后台批处理的自动计算方法?车身结构的轻量化设计往往是多个冲突目标的协同优化设计,为了对车身结构进行轻量化多目标优化设计,书中简要介绍了汽车产品研发中常用的多目标优化设计算法和解决复杂优化问题的近似模型方法;并结合不同的车身参数化和轻量化优化设计实例,详细论述了这些方法在车身产品开发工程实际中的具体实施方法?本书是由各企业汽车产品开发一线工程师编写的技术书籍,侧重实用性,它的出版和应用一定会对汽车车身参数化正向开发和轻量化优化设计发挥重要的促进作用。本书的编写得到了SFE公司的大力支持,德国SFE公司的创始人、前总裁和首席执行官HansZimmer先生专门为本书写序，在此,代表编委会向HansZimmer先生表示衷心的感谢。2019年7月12日于长春

《车身参数化与轻量化设计》以汽车车身结构参数化和轻量化优化设计为主线,从便于企业产 品开发一线的工程师阅读和应用的视角出发,既重视车身结构设计理论与 方法的渐进性和系统性,又强调所选案例的针对性和实用性;既聚焦车身 参数化和轻量化优化设计具体的方法和步骤,又关注不同车企车身结构模 块化和平台化设计开发的特殊需求,努力从不同层面剖析车身参数化和轻 量化优化设计的共性技术关键,基于 SFE深入浅出地论述了车身研发中 结构参数化设计?轻量化优化设计及其一体化集成的基本理论方法和共性 核心技术,为读者提供丰富、全面和翔实技术资料。
《车身参数化与轻量化设计》适合汽车设计工程师,以及高等院校汽车类专业师生阅读参考。

丛书序
序
前言
第1章 概 述
 1.1 车身的分类与组成1 
1.1.1 车身的分类1 
1.1.2 车身的组成4 
1.2 车身设计开发原则9 
1.2.1 概述9 
1.2.2 法规和标准11 
1.2.3 车身选材11 
1.2.4 车身制造工艺15 
1.2.5 车身性能要求16 
1.3 性能驱动的车身设计流程21 
第2章 车身轻量化设计方法
 2.1 车身轻量化的背景24 
2.2 国内外车身轻量化发展趋势25 
2.3 车身轻量化基本概念与方法28 
2.3.1 轻量化计算方法28 
2.3.2 轻量化构造29 
2.3.3 轻量化设计原则31 
2.3.4 轻量化设计优化32 
2.4 车身载荷与传递路径34 
2.4.1 车身工作载荷34 
2.4.2 车身冲击载荷40 
2.4.3 车身载荷传递路径41 
2.5 车身结构轻量化优化设计42 
2.5.1 整车及车身轻量化评价指标42 
2.5.2 车身结构拓扑优化设计44 
2.5.3 车身结构尺寸优化设计 48 
2.5.4 性能驱动的车身结构轻量化设计 54 
2.5.5 车身轻量化结构/性能/材料一体化优化设计 68 
第3章 车身轻量化虚拟工程
3.1 有限元方法介绍 78 
3.1.1 有限元法概念 78 
3.1.2 有限元法的发展 78 
3.1.3 有限元法分析的基本步骤 80 
3.2 通用有限元程序 81 
3.2.1 HyperMesh软件简介 82 
3.2.2 Nastran软件简介 82 
3.2.3 Ls-Dyna软件简介 83 
3.3 车身刚度有限元分析方法 83 
3.3.1 车身刚度有限元建模 84 
3.3.2 白车身刚度有限元分析 87 
3.3.3 车身刚度主要影响因素与优化方法 92 
3.4 车身模态分析方法 95 
3.4.1 模态分析理论 95 
3.4.2 车身自由模态分析方法 96 
3.5 车身结构抗撞性有限元分析方法 98 
3.5.1 汽车碰撞形式及设计要求 98 
3.5.2 乘员伤害原因及机理 99
3.5.3 车身结构抗撞性发展状况 101 
3.5.4 结构抗撞性的理论基础 103 
3.5.5 车身结构抗撞性有限元建模 104 
3.5.6 车身结构抗撞性主要影响因素与优化方法107 
第4章 基于SFE的车身全参数化建模方法
4.1 SFE-CONCEPT软件介绍 114 
4.1.1 SFE-CONCEPT软件背景 114 
4.1.2 SFE-CONCEPT软件特点 115 
4.2 车身参数化建模术语与命名规则 117 
4.2.1 车身参数化建模术语 117 
4.2.2 车身参数化区域划分及命名 118 
4.2.3 车身参数化建模AGRP命名规范参考 123 
4.2.4 车身参数化有限元模型信息命名规范 125 
4.3 SFE车身参数化建模 127 
4.3.1 建模参数选取 127 
4.3.2 SFE车身参数化建模流程 128 
4.3.3 白车身外部网格建模参考模型 128 
4.3.4 白车身各模块参数化建模 129 
4.3.5 前舱模块之间的装配 130 
4.3.6 前地板模块之间的装配 131 
4.3.7 后地板总成模块之间的装配132 
4.3.8 侧围模块之间的装配 132 
4.3.9 顶篷模块之间的装配 133
4.3.10 风窗玻璃参数化模型的创建方法 133
4.3.11 局部细节特征参数化建模方法 136 
4.3.12 白车身装配 137 
4.3.13 刚度工况加载及计算 140 
4.3.14 碰撞工况加载及计算141 
4.4 参数化车身拓扑阶段方案优化 142 
4.5 后台批处理实现 142 
第5章 车身多学科多目标优化设计方法
5.1 多学科优化方法 146 
5.1.1 概述 146 
5.1.2 单目标优化147 
5.1.3 多目标优化 148 
5.1.4 优化算法 148 
5.2 基于近似模型的优化设计方法 151 
5.2.1 概述 151 
5.2.2 试验设计 152 
5.2.3 近似模型方法 157 
5.2.4 基于参数化模型的车身结构优化案例 161 
第6章 车身参数化与轻量化优化设计案例分析
 6.1 车身参数化设计 164 
 6.1.1 车身全参数化建模 164 
 6.1.2 参数化模型库在整车早期开发中的应用 171 
 6.1.3 参数化模型的平台化车型衍生开发 177
 6.2 车身参数化与多目标轻量化设计案例 180 
 6.2.1 车身隐式参数化建模方法 180 
 6.2.2 基于刚度和模态的参数化车身轻量化优化设计186 
 6.2.3 基于侧碰抗撞性的参数化车身轻量化优化设计188
 6.2.4 基于结构抗撞性的参数化车身轻量化优化设计191 
附录 英文缩略词和专有词汇释义表
参考文献

汽车轻量化领域专家王登峰教授领衔撰写
由中国汽车工程学会组织行业专家编写，内容实用，体现工程实践性