梁和连接头对汽车车身整体刚度的贡献分析

刚度表示抵抗变形的能力。一个系统承受外力作用时会产生变形。在变形过程中，外力所做的功存储在系统中。系统的变形储能越大，表明变形越大，刚度越低。因此，可以通过变形能分析来确定系统的刚度以及刚度强弱的分布。

当外力减小时，所储存的能量慢慢释放而做功，使变形逐渐恢复。这种在系统变形过程中所储存的能量被称为应变能。应变能是衡量系统变形的一个非常重要的参数，经常用来评价系统的弯曲变形和扭转变形。系统中应变能大的地方代表了系统薄弱的地方。

图2-34 有和没有风窗玻璃的白车身弯曲刚度和扭转刚度比较

图2-35 系统承受广义力作用和产生的广义变形

一个系统上承载着多种不同的载荷，包括力、扭转力矩、力矩等，如图2-35所示。在外力的作用下，系统产生变形，包括位移变形、角度变形等。对弹性体来说，变形过程中储存的应变能取决于载荷和变形的最终值，而与施加载荷的顺序无关。用广义力来表示所有的载荷，即F₁、F₂……F_n，对应的最终变形也用广义变形表示，即δ₁、δ₂……δ_n，则这个系统的变形能表达为

长度为L的梁受到弯矩M作用时，产生了弯曲变形θ= 。梁的承受弯矩作用的应变能为

梁受到扭转力矩T作用时，产生了扭转变形φ= 。梁的承受扭转作用的应变能为 (www.xing528.com)

应变能最大的部位表明该处储存能量的能力最强，刚度最弱，在该处施加加强结构会带来最佳效果。对于车身来说，找到了弯曲应变能荷扭转应变能最大的地方，增加这些地方的局部刚度，能够有效地提升车身的整体弯曲刚度和扭转刚度。

通过有限元计算可以得到车身各个部位的应变能。图2-36显示出了静态弯曲载荷下，某一白车身梁和连接头的弯曲应变能分布。梁的应变能总和占44%，连接头的应变能总和占26%，车身其余部分占30%。由此可见，梁对弯曲变形起最主要作用，其次是链接头。

图2-36 静态弯曲载荷下白车身弯曲应变能的分布

图2-37显示出同一个白车身在静态扭转载荷下，梁和连接头的扭转应变能分布。梁的应变能占42%，连接头的应变能占39%，车身其余部分占19%。所以梁和连接头对扭转变形起的作用差不多。

从白车身的弯曲变形能和扭转变形能的分布来看，决定车身刚度的不仅仅是梁的刚度，连接头的刚度也起到了至关重要的作用，因此连接头刚度的设计非常重要。另外，对连接头自身来说，每个连接头的刚度分布应该尽可能均匀。

图2-37 静态扭转载荷下白车身扭转应变能的分布