TCSAE 26-2022 乘用车白车身轻量化设计与评价方法

－2022代替SAE-ChinaJ0703—2014，SAE-ChinaJ0707—2014乘用车白车身轻量化设计与评价方法Lightweightdesignandevaluationmethodofpassengercarbodyinwhite2022-12-20发布2022-12-20实施中国汽车工程学会发布学兔兔中国汽车工程学会标准（以下简称：CSAE标准），是由中国汽车工程学会按照明确的程序、规则，遵循公开、透明、协商一致原则组织制定的，供市场自由选择、自愿采用的规范性技术文件。CSAE标准旨在发挥市场自主制定标准优势，着眼企业竞争力提升，推动汽车产业创新技术的加速发展和广泛应用。CSAE标准版权归属中国汽车工程学会，除用于国家法律或事先得到中国汽车工程学会许可外，不得以任何形式复制该标准。在本标准实施过程中，如发现需要修改或补充之处，欢迎将意见反馈至中国汽车工程学会，以便修订时参考。中国汽车工程学会地址：39；电话：[phone]；邮编：100176；邮箱：[e-mail]。学兔兔—2022I目  次前言.................................................................................II1范围...............................................................................12规范性引用文件.....................................................................13术语和定义.........................................................................14技术要求...........................................................................25设计方法...........................................................................26白车身轻量化性能验证...............................................................97白车身轻量化评价方法..............................................................13参考文献.............................................................................15学兔兔—2022II前  言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由汽车轻量化技术创新战略联盟提出。本文件起草单位：吉林大学、重庆长安汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院有限公司。本文件主要起草人：王登峰、许文超、陈静、陈鑫、刘波、范清林、向杰、王建洪、曾俊、连海平、周佳、陈书明、王传青、季枫。本文件于2014年9月首次发布，2022年12月修订发布，修订时将SAE-ChinaJ0703—2014《轿车白车身轻量化设计方法》及SAE-ChinaJ0707—2014《轿车白车身轻量化评价方法》合并。学兔兔—20221乘用车白车身轻量化设计与评价方法1范围本文件规定了乘用车白车身轻量化设计与评价方法。本文件适用于乘用车白车身，类似车型（整车整备质量小于3.5t的其他乘用车）可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3730.3—1992汽车和挂车的术语及其定义车辆尺寸GB/T4780—2020汽车车身术语GB11551—2014汽车正面碰撞的乘员保护GB20071—2006汽车侧面碰撞的乘员保护GB/T20913—2007乘用车正面偏置碰撞的乘员保护GB/T33582—2017机械产品结构有限元力学分析通用规则SAE-ChinaJ0701—2013普通乘用车白车身扭转刚度测试方法SAE-ChinaJ0702—2013普通乘用车白车身弯曲刚度测试方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1白车身bodyinwhite-BIW本文件所定义的白车身相当于GB/T4780-2020中定义的车身骨架加上前防撞梁总成、后防撞梁总成，即由车身结构件与覆盖件组成，其中新能源车型需包含动力电池箱壳体，不包含电芯，所有车型均不含四门两盖及全车玻璃，全新架构非承载式白车身还应包括底盘车架。3.2白车身扭转刚度torsionalstiffnessofBIW白车身产生单位扭转角所需要的外加扭矩，它表征了白车身抵抗扭转弹性变形的能力。3.3白车身弯曲刚度bendingstiffnessofBIW使白车身产生单位弯曲变形所需要的力，它表征了白车身抵抗弯曲弹性变形的能力。3.4投影面积projectedarea乘用车前后轮距的平均值与轴距的乘积。学兔兔—202223.5白车身性能一阶灵敏度one-ordersensitivityofBIWperformance白车身的弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲模态频率、一阶整体扭转模态频率等性能指标，相对结构设计变量如尺寸变量和形状变量等的一阶导数值。3.6白车身质量一阶灵敏度one-ordersensitivityofBIWmass白车身的质量相对结构设计变量的一阶导数值。3.7白车身一阶相对灵敏度one-orderrelativesensitivityofBIW白车身性能的一阶灵敏度除以白车身质量的一阶灵敏度。3.8白车身贡献度BIWcontribution白车身结构设计变量的变化对白车身正碰、侧碰和正面偏置碰撞等非线性响应性能影响的大小。3.9白车身非安全件non-safetypartsofBIW对整车正碰、侧碰和正面偏置碰撞性能影响都较小的白车身零件。3.10白车身安全件safetypartsofBIW对整车正碰、侧碰和正面偏置碰撞性能之一影响较大的白车身零件。4技术要求4.1结构抗撞性指标提取4.1.1白车身正碰结构抗撞性指标提取按照GB11551—2014进行整车正面碰撞仿真分析，提取白车身结构的正碰抗撞性评价指标如前端压溃量、前门变形量、白车身吸能量、防火墙侵入量、B柱与门槛梁连接处的冲击加速度等。4.1.2白车身侧碰结构抗撞性指标提取按照GB20071—2006进行整车侧面碰撞仿真分析，提取白车身结构的侧碰抗撞性评价指标如B柱侵入量、B柱侵入速度、白车身吸能量、非碰撞侧B柱冲击加速度等。4.1.3白车身正面偏置碰结撞构抗撞性指标提取按照GB/T20913—2007进行整车正面偏置碰撞仿真分析，提取白车身结构的抗撞性评价指标如前端压溃量、前门变形量、白车身吸能量、防火墙侵入量、B柱与门槛梁连接处的冲击加速度等。4.2刚度模态性能指标提取根据白车身有限元分析或台架试验，提取白车身结构弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲模态、一阶整体扭转模态。5设计方法5.1白车身有限元建模学兔兔—202235.1.1网格划分用四边形壳单元、三角形壳单元、梁单元、杆单元、焊点单元、胶粘单元、刚性单元对白车身进行网格划分，为了保证有限元模型分析精度，单元的平均尺寸不超过10mm。5.1.2单元质量控制要求按照GB/T33582—2017中表B.3单元质量检查控制参数要求执行。5.1.3材料属性输入根据白车身各零件承受静、动态和冲击载荷时产生线弹性变形和非线性变形速率的大小，以及材料静态力学性能和不同应变速率动态力学性能特性，输入各单元的静、动态材料属性，包括密度、泊松比、弹性模量、剪切模量等材料参数；对于产生非线性变形的零件，还需要根据零件塑性变形速率的大小，输入对应应变速率下材料的应力、应变关系数据。5.1.4材料损伤失效模型白车身在碰撞大变形时需要考虑应变速率的影响，对于白车身上的金属件，推荐选用Johnson-Cook材料模型，其流变应力与应变、应变速率之间关系表达式为：...............................................................(1)式中：σ——为流变应力（MPa）；ε——为等效应变；•ε——为应变速率（s−1）；•ε0——为参考应变速率（s−1）；A——为材料屈服应力（MPa）；B——为应变强化系数；n——为应变强化指数；C——为应变速率强化系数。对于Johnson-Cook材料模型，其失效应变定义如下：.......................................................(2)式中：εf——为失效应变；D1至D4——为材料常数；p——为静水压力；σeff——为等效应力。当损伤参数的累加值满足公式（3）时，材料发生失效。学兔兔—20224.............................................................................(3)根据金属材料的缺口试样拉伸试验、纯剪切试样拉伸试验以及平滑试样的拉伸试验，可以拟合得到Johnson-Cook材料失效模型的各项参数。对白车身上的复合材料零部件，推荐使用Chang-Chang失效准则，Chang-Chang失效准则包括纤维的拉伸和压缩、基体的拉伸和压缩四种失效模式，具体表达式如表1所示。表1Chang-Chang失效准则模式失效模式失效准则纤维拉伸22()()10,0aaabfaatceXS纤维压缩22()10,0aacaaceX基体拉伸222()()10,0bbabmbbtceYS基体压缩2222()[()1]()10,022bbcbbabdbbccccYeSSYS根据复合材料0°、90°和±45°单向板的准静态单轴拉伸、压缩和面内剪切试验，可以拟合得到Chang-Chang失效准则表达式中的各项参数。5.1.5白车身质量（kg）白车身有限元建模后的结构质量与白车身三维实体模型相比其质量变化不应超过5%，整车碰撞有限元模型总质量与设定的实车整备质量相比其变化不应超过40kg。白车身的质量应在轻量化设计报告中注明。5.2模型验证5.2.1总体要求在进行整车被动安全性分析模型验证时，考虑到车身的四门两盖和门窗玻璃对整车被动安全性仿真分析结果有重要影响，车身有限元模型中须包含白车身、四门两盖和门窗玻璃模型。并需要正确处理它们与白车身之间的安装连接关系。学兔兔—202255.2.2乘用车正碰模型验证按照GB11551—2014进行刚性壁障整车正面碰撞仿真分析，分析时沙漏能占总能量的百分比应小于5%，且碰撞