風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)剛度影響的研究*

王 超,呂振華,呂毅寧,2

(1.清華大學(xué)汽車工程系,北京 100084; 2.中國船級(jí)社技術(shù)研究開發(fā)中心,北京 100007)

前言

采用直接粘結(jié)法進(jìn)行轎車風(fēng)擋玻璃的裝配是國內(nèi)外普遍采用的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)[1-2]。該方法與傳統(tǒng)的橡膠密封條固定風(fēng)擋玻璃的裝配工藝相比，連接強(qiáng)度高，密封性能好、裝配工藝簡(jiǎn)單、外形美觀，而且有助于提高車身結(jié)構(gòu)的剛度，從而提高車輛的乘坐舒適性。

在車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用直接粘貼法進(jìn)行轎車風(fēng)擋玻璃的裝配，最初主要是基于功能設(shè)計(jì)和密封方面的考慮。但是，直到20世紀(jì)90年代中期，隨著高彈性模量、高強(qiáng)度膠粘劑的出現(xiàn)，風(fēng)擋玻璃已經(jīng)成為車身結(jié)構(gòu)的承載構(gòu)件，可顯著提高車身結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度。某白車身結(jié)構(gòu)在裝配全部風(fēng)擋玻璃后，整體扭轉(zhuǎn)剛度提高了40%[2]。

現(xiàn)有的關(guān)于車身結(jié)構(gòu)剛度方面的研究主要有以下特點(diǎn)：研究對(duì)象一般為白車身結(jié)構(gòu)[3-5]；主要研究車身結(jié)構(gòu)的剛度和固有振動(dòng)特性；利用靈敏度分析法對(duì)白車身結(jié)構(gòu)的剛度和振動(dòng)特性進(jìn)行優(yōu)化[6-7]。文獻(xiàn)[8]中以兩廂車為研究對(duì)象，分析了風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)靜剛度和接頭承載特性的影響。

兩廂車和三廂車在車身造型和風(fēng)擋玻璃的布置等方面有明顯差異，因此，風(fēng)擋玻璃對(duì)三廂車車身結(jié)構(gòu)剛度的影響有著自身的特點(diǎn)。文中以某經(jīng)濟(jì)型三廂轎車(下稱X轎車)為研究對(duì)象，首先研究BIW結(jié)構(gòu)和BIP結(jié)構(gòu)的有限元模型的建模技術(shù)；然后分析風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的影響，并將分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，以驗(yàn)證有限元模型的精度；在此基礎(chǔ)上分析風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)靜剛度的影響；最后就風(fēng)擋玻璃對(duì)車身接頭結(jié)構(gòu)承載特性的影響作簡(jiǎn)單探討。

1 車身結(jié)構(gòu)的有限元模型

1.1 白車身結(jié)構(gòu)的有限元模型

根據(jù)X轎車白車身結(jié)構(gòu)的CAD模型和分析目標(biāo)，對(duì)各零部件分別進(jìn)行合理的幾何簡(jiǎn)化和有限元網(wǎng)格劃分，并采用CWELD焊點(diǎn)模型對(duì)所有焊點(diǎn)和焊縫進(jìn)行建模，建好的白車身結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖1所示。為使所建立的車身模型能盡可能包括對(duì)整體結(jié)構(gòu)剛度有較大貢獻(xiàn)的所有部件，圖1的模型中除包括白車身車體結(jié)構(gòu)外，還包括副車架和儀表盤梁。建立的白車身結(jié)構(gòu)的有限元模型的統(tǒng)計(jì)信息如表1所示。

表1 車身結(jié)構(gòu)有限元模型的統(tǒng)計(jì)信息

1.2 風(fēng)擋玻璃及其與車身裝配結(jié)構(gòu)的有限元模型

轎車中裝配風(fēng)擋玻璃的膠粘劑一般為高強(qiáng)度的黏彈性材料，其剪切模量隨頻率的變化關(guān)系如表2所示[9]。利用殼單元對(duì)風(fēng)擋玻璃進(jìn)行有限元建模，風(fēng)擋玻璃與窗框之間的裝配結(jié)構(gòu)的建模方法如圖2所示[8]。風(fēng)擋玻璃的彈性模量為76GPa，其真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。利用該建模方法在白車身結(jié)構(gòu)中加入前后風(fēng)擋玻璃就完成了對(duì)BIP車身結(jié)構(gòu)的建模，如圖4所示。

表2 膠粘劑的力學(xué)特性

2 車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)靜剛度分析

計(jì)算車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)靜剛度的有限元模型中，其支撐方式應(yīng)該保證4個(gè)懸架安裝支撐點(diǎn)可以發(fā)生合理的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且在該約束和加載條件下車身結(jié)構(gòu)不是超靜定的，以避免得到的車身結(jié)構(gòu)剛度中包含由于過約束引入基礎(chǔ)剛度。圖5為對(duì)車身結(jié)構(gòu)施加的約束和載荷條件：在兩個(gè)后懸架支座A、B處約束其Z方向的平動(dòng)自由度，在副車架上取某一位于車身縱向?qū)ΨQ平面的點(diǎn)E，約束其3個(gè)方向的平動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；在兩個(gè)前懸架避震塔C、D處施加大小相等、方向相反的沿Z軸方向的載荷F，實(shí)現(xiàn)對(duì)車身結(jié)構(gòu)施加3kN·m的轉(zhuǎn)矩。

根據(jù)車身結(jié)構(gòu)在上述邊界條件下的變形，即可算得車身的整體扭轉(zhuǎn)靜剛度為

CT=T/θ

(1)

式中：T為通過前懸架支座對(duì)車身結(jié)構(gòu)施加的轉(zhuǎn)矩，通常為3kN·m；θ為前后避震塔中心軸線之間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角。

前人的研究[2,8]業(yè)已證實(shí)，采用直接粘貼的風(fēng)擋玻璃，相對(duì)于傳統(tǒng)安裝方式的風(fēng)擋玻璃，能顯著提高其對(duì)車身剛度的貢獻(xiàn)。本文中不再進(jìn)行兩種安裝方式的對(duì)比，而著重對(duì)采用直接粘貼風(fēng)擋玻璃對(duì)提高車身剛度的作用進(jìn)行定量分析。文中所示BIP皆采用直接粘貼的風(fēng)擋玻璃。X轎車車身結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)靜剛度有限元分析結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，采用粘貼方式安裝風(fēng)擋玻璃有助于提高車身結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)靜剛度，而且增強(qiáng)效果十分顯著；并且前后風(fēng)擋玻璃對(duì)車身扭轉(zhuǎn)靜剛度的增強(qiáng)效果基本相同。

表3 X轎車車身結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)靜剛度

注：FW_BIP表示僅裝有前風(fēng)擋玻璃的車身結(jié)構(gòu)；RW_BIP表示僅裝有后風(fēng)擋玻璃的車身結(jié)構(gòu)。

車身結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)靜剛度可以在一定程度上反映車身整體結(jié)構(gòu)在承受扭轉(zhuǎn)載荷情況下的抗變形能力。但是，該參數(shù)并不能反映車身整體結(jié)構(gòu)的剛度分布，不能據(jù)此發(fā)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。在車身結(jié)構(gòu)剛度測(cè)試和有限元分析方法研究中，一般常用前后縱梁、中通道及門檻梁的變形情況來描述車身結(jié)構(gòu)的剛度分布。

為深入了解前后風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)靜剛度的影響，通過對(duì)4類車身結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)載荷下左右兩側(cè)的前縱梁、門檻梁和后縱梁的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行了對(duì)比分析，分析結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯鲲L(fēng)擋玻璃并不影響車身地板沿車身縱向軸線的變形方式；采用粘貼方式安裝風(fēng)擋玻璃可以顯著提高車身扭轉(zhuǎn)靜剛度。相比而言，前風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)靜剛度的貢獻(xiàn)更為明顯。

為保證密封、安全和舒適性等要求，車身上活動(dòng)件的安裝框架還有特別的剛度要求[10]。如圖7～圖10所示，前窗框、后窗框、前車門框和后車門框在扭轉(zhuǎn)載荷下的變形可以通過其對(duì)角線的伸長或縮短量來表示。分析得到各安裝框架的變形見表4?？梢婏L(fēng)擋玻璃只能顯著減小各自窗框變形，對(duì)車門框架等的變形很難起到明顯的增強(qiáng)作用。同理，門鎖位置的相對(duì)變形等也可以用相同的分析方法求得。

此外，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)載荷下的計(jì)算結(jié)果，得到白車身結(jié)構(gòu)的變形分布如圖11所示?？梢娷嚿斫Y(jié)構(gòu)縱向?qū)ΨQ平面附近的變形較小，沿車身縱向軸線方向的變形變化較均勻，這說明車身結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)靜剛度沿車身縱向軸線分布較均勻。

表4 扭轉(zhuǎn)載荷下前后車門和風(fēng)擋安裝框架的變形 mm

3 車身結(jié)構(gòu)的彎曲剛度分析

分析車身結(jié)構(gòu)彎曲剛度時(shí)對(duì)車身結(jié)構(gòu)施加的約束條件和加載方式如圖12所示：在右后懸架支座處約束3個(gè)方向的平動(dòng)，左后懸架支座處約束縱向和垂向平動(dòng)，兩個(gè)前懸架支座處都只約束垂向位移。根據(jù)滿載工況下車身結(jié)構(gòu)承受的靜態(tài)載荷對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載。主要的加載位置包括前縱梁和副車架上的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn)、前排座椅安裝橫梁和支架、后排座椅安裝橫梁和支架以及后備箱等處。

為解決電網(wǎng)信息化水平評(píng)價(jià)的需求，提出建立信息化評(píng)價(jià)的基本思路和評(píng)價(jià)方法；針對(duì)電力企業(yè)特點(diǎn)，以促進(jìn)信息化與業(yè)務(wù)深度融合，提升信息化建設(shè)成效為目標(biāo)，初步確立了電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)框架和評(píng)價(jià)模型，為電力企業(yè)開展信息化水平評(píng)價(jià)、引導(dǎo)未來信息化建設(shè)，提供了參考。

通過分析車身結(jié)構(gòu)的彎曲變形沿車身縱向軸線的分布，可以發(fā)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)中的薄弱構(gòu)件，進(jìn)而全面評(píng)價(jià)車身結(jié)構(gòu)彎曲剛度。分析得到車身地板縱梁和地板中通道梁的垂向撓度分布如圖13所示?？梢钥闯觯b風(fēng)擋玻璃后車身的前縱梁、門檻梁、后縱梁和中通道的變形都有一定的減小，剛度都有一定的提升。同樣的邊界與載荷條件下，前后窗框和前后車門的變形如表5所示?？梢钥闯鲈趶澢d荷下，風(fēng)擋玻璃對(duì)活動(dòng)件安裝框架剛度的增強(qiáng)效果一般。

表5 扭轉(zhuǎn)載荷下前后車門和風(fēng)擋安裝框架的變形 mm

車身結(jié)構(gòu)在彎曲載荷下的變形分布如圖14所示?？梢娷嚿斫Y(jié)構(gòu)的變形沿縱向?qū)ΨQ平面對(duì)稱分布。白車身地板的變形變化較均勻，說明車身地板的彎曲靜剛度分布較均勻，后排座椅安裝橫梁處變形較大，該處的剛度有待進(jìn)一步的加強(qiáng)。

由上述分析可知，采用粘貼方式安裝風(fēng)擋玻璃可以顯著提高車身結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)靜剛度，但對(duì)車身結(jié)構(gòu)的彎曲靜剛度的增強(qiáng)效果不是很明顯。產(chǎn)生這種差異的主要原因?yàn)椋涸谂まD(zhuǎn)工況下，前后風(fēng)擋玻璃是主要的承載部件；而在彎曲工況下，車身地板和前后縱梁等結(jié)構(gòu)是主要的承力結(jié)構(gòu)，風(fēng)擋玻璃的增強(qiáng)效果不甚顯著。

4 車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性分析

對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行固有振動(dòng)特性分析，可較全面地了解車身結(jié)構(gòu)的剛度特性及其分布，發(fā)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的局部薄弱構(gòu)件，為各部件的選擇與設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過研究風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的影響可以進(jìn)一步明確車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的整體振動(dòng)特性。

在對(duì)X轎車白車身進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，車身結(jié)構(gòu)中不包括副車架以及儀表盤梁。分析中為驗(yàn)證所建模型的精度，對(duì)白車身結(jié)構(gòu)的有限元模型做了適當(dāng)修正，以達(dá)到與實(shí)驗(yàn)時(shí)白車身狀態(tài)相一致，然后分析實(shí)驗(yàn)對(duì)比模型的固有振動(dòng)特性，并對(duì)其建模精度進(jìn)行分析。為便于對(duì)比分析風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度性能的影響，還分析了BIW、FW_BIP、RW_BIP和BIP模型的固有振動(dòng)特性，結(jié)果如表6所示。

表6 X轎車車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性 Hz

由表可見：仿真分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠很好吻合，說明所建立的白車身模型是滿足分析精度要求的；副車架和儀表盤梁對(duì)車身結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度的增強(qiáng)效果不明顯；裝有風(fēng)擋玻璃的車身結(jié)構(gòu)1階彎曲振動(dòng)頻率有所降低，說明風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)彎曲振動(dòng)模態(tài)的作用主要體現(xiàn)在增加質(zhì)量上；前風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響較小，這說明其前風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的剛度增強(qiáng)和質(zhì)量增加效果相當(dāng)；后風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的增強(qiáng)效果顯著，與白車身結(jié)構(gòu)相比可以提高1階扭轉(zhuǎn)頻率達(dá)28.57%，并且通過對(duì)BIP車身結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性分析，進(jìn)一步看出BIP結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的增強(qiáng)基本上完全是由后風(fēng)擋玻璃提供的。分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋呵昂箫L(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)靜剛度的增強(qiáng)效果基本相當(dāng)，但是前風(fēng)擋玻璃的質(zhì)量是后風(fēng)擋玻璃的2.1倍。

為驗(yàn)證上述有關(guān)風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性影響的相關(guān)結(jié)論的普遍性，現(xiàn)對(duì)另一款經(jīng)濟(jì)型三廂轎車(Y轎車)進(jìn)行固有振動(dòng)特性分析。該款車在開發(fā)過程中對(duì)白車身(BIW)和裝有前后風(fēng)擋玻璃的車身(BIP)結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了模態(tài)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，得出有關(guān)風(fēng)擋玻璃及其與窗框之間的裝配結(jié)構(gòu)的建模方法是滿足精度要求的。Y轎車的分析結(jié)果如表7所示，可以看出風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)的第1階扭轉(zhuǎn)和垂向彎曲振動(dòng)的影響規(guī)律與X轎車的分析結(jié)論基本一致，后風(fēng)擋玻璃可以顯著提高車身的扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，使第1階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率相對(duì)于白車身結(jié)構(gòu)提高了近18.5%；通過該車型的分析還可以看出，前風(fēng)擋玻璃可大幅提高車身的側(cè)向彎曲動(dòng)剛度，而后風(fēng)擋玻璃對(duì)側(cè)向彎曲動(dòng)剛度的影響則不太明顯。

表7 Y轎車車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性 Hz

5 車身接頭結(jié)構(gòu)剛度的分析和評(píng)價(jià)

5.1 子結(jié)構(gòu)的剛度靈敏度

假設(shè)結(jié)構(gòu)是線彈性的，且所施加的載荷不使結(jié)構(gòu)超出線彈性范圍。將整體結(jié)構(gòu)劃分為N個(gè)互不相交的子結(jié)構(gòu)，則在該結(jié)構(gòu)的有限元模型中，任一子結(jié)構(gòu)Sk即為一組有限單元的集合。設(shè)在某給定載荷條件下，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能為U，而子結(jié)構(gòu)Sk中所有單元的應(yīng)變能之和為Uk，定義

λk=Uk/U

(2)

式中λk是一無量綱的參數(shù)，反映整體結(jié)構(gòu)剛度對(duì)子結(jié)構(gòu)Sk剛度的靈敏度。

5.2 子結(jié)構(gòu)的承載系數(shù)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的均勻應(yīng)變能密度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求，在結(jié)構(gòu)的彈性變形范圍內(nèi)并保持結(jié)構(gòu)剛度一定的條件下，由相同彈性特性的材料所制成的最優(yōu)結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有均勻的應(yīng)變能密度分布，因此各個(gè)子結(jié)構(gòu)對(duì)整體結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)比例應(yīng)該與其質(zhì)量的比例相一致。將子結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能與其質(zhì)量之比稱為該結(jié)構(gòu)的質(zhì)量平均應(yīng)變能密度，簡(jiǎn)稱為應(yīng)變能密度。假設(shè)整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能密度為u,子結(jié)構(gòu)Sk的應(yīng)變能密度為uk,則可定義一定載荷狀態(tài)下子結(jié)構(gòu)Sk的承載系數(shù)：

αk=uk/u

(3)

如果αk>1，即其應(yīng)變能密度高于整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能密度，說明其承載水平高于整體結(jié)構(gòu)的平均水平。因此，為使各個(gè)子結(jié)構(gòu)的剛度與整體結(jié)構(gòu)的剛度相匹配，應(yīng)將子結(jié)構(gòu)適當(dāng)加強(qiáng)或者將αk<1的子結(jié)構(gòu)的剛度適當(dāng)降低，從而使對(duì)于任意的子結(jié)構(gòu)Sk(k=1,…,Ns)，其承載系數(shù)αk都盡量趨近于1。

5.3 風(fēng)擋玻璃對(duì)車身接頭承載特性的影響

由于風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)彎曲靜剛度的影響不甚明顯，但是對(duì)扭轉(zhuǎn)靜剛度的影響非常顯著，因此以下有關(guān)車身接頭剛度的分析均是基于扭轉(zhuǎn)載荷條件下進(jìn)行的。

圖15示出車身結(jié)構(gòu)中的主要接頭結(jié)構(gòu)J1～J7。采用子結(jié)構(gòu)應(yīng)變能分析方法，計(jì)算得到在扭轉(zhuǎn)載荷下車身結(jié)構(gòu)各個(gè)接頭的剛度靈敏度λk和承載系數(shù)αk，如表8和表9所示。

表8 扭轉(zhuǎn)載荷下接頭子結(jié)構(gòu)的剛度靈敏度λk %

表9 在扭轉(zhuǎn)載荷下各接頭子結(jié)構(gòu)的承載系數(shù)αk

由表可見：不考慮風(fēng)擋玻璃的影響時(shí)，與風(fēng)擋玻璃安裝框架相關(guān)的接頭(如J1、J3、J7)的剛度靈敏度和承載系數(shù)均較高，說明如果不采用粘貼的方式安裝風(fēng)擋玻璃，這些接頭的剛度都較弱，有待進(jìn)一步加強(qiáng)；考慮風(fēng)擋玻璃的影響后，與風(fēng)擋玻璃安裝框架相關(guān)的接頭剛度靈敏度和承載系數(shù)均有大幅降低，這將使各接頭的受力趨于合理；與風(fēng)擋玻璃不相關(guān)的接頭(J2、J4、J5、J6)的剛度靈敏度和承載系數(shù)受風(fēng)擋玻璃的影響不大；通過分析BIP車身上各個(gè)接頭的剛度靈敏度和承載系數(shù)，可以看出接頭J2剛度偏弱，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)；另外，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)模型得到7個(gè)接頭結(jié)構(gòu)約占BIP車身總質(zhì)量的16%，并根據(jù)表8得到其對(duì)車身剛度的貢獻(xiàn)率達(dá)18.5%，說明該車的設(shè)計(jì)還基本滿足均勻能量密度的原則，但是如果不采用粘貼方式安裝風(fēng)擋玻璃，接頭結(jié)構(gòu)對(duì)車身剛度的貢獻(xiàn)將達(dá)到31%，大大提高了接頭的承載系數(shù)，這樣會(huì)加大接頭設(shè)計(jì)的難度。

6 結(jié)論

(1) 風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的影響。副車架、儀表盤梁對(duì)車身結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的影響不大；風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)的1階彎曲振動(dòng)的作用主要體現(xiàn)在增加質(zhì)量上，使車身結(jié)構(gòu)的1階彎曲振動(dòng)頻率略有降低；前風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)的第1階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響較??；后風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)第1階扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的增強(qiáng)效果顯著，第1階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率比白車身提高了28.57%，并且通過對(duì)BIP車身的分析，可以進(jìn)一步看出車身的第1階扭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的增強(qiáng)基本上完全是由后風(fēng)擋玻璃提供。

(2) 風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)靜剛度的影響。在彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷下，風(fēng)擋玻璃并不影響車身地板沿車身縱向軸線的變形方式；采用粘貼方式安裝風(fēng)擋玻璃可以顯著提高車身結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)靜剛度；以白車身為基準(zhǔn)，前后風(fēng)擋玻璃可以分別使車身的扭轉(zhuǎn)靜剛度提高40%和30.5%，BIP車身的扭轉(zhuǎn)靜剛度可以比BIW車身提高82.3%。

(3) 風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)彎曲靜剛度的影響。風(fēng)擋玻璃對(duì)車身結(jié)構(gòu)彎曲靜剛度的增強(qiáng)效果有限，裝有風(fēng)擋玻璃的車身結(jié)構(gòu)前縱梁、門檻梁等處變形略有減小，車身彎曲靜剛度略有提高。

(4) 風(fēng)擋玻璃對(duì)車身接頭承載特性的影響?？紤]風(fēng)擋玻璃的影響后，與風(fēng)擋玻璃相關(guān)的接頭(如J1、J3、J7)的剛度靈敏度和承載系數(shù)均會(huì)大幅降低，這將使各個(gè)接頭的受力趨于合理；與風(fēng)擋玻璃沒有裝配關(guān)系的接頭(J2、J4、J5、J6)的剛度靈敏度和承載系數(shù)受風(fēng)擋玻璃的影響不大；7個(gè)接頭的質(zhì)量占BIP車身總質(zhì)量的16%左右，對(duì)車身剛度的貢獻(xiàn)率達(dá)18%，說明X轎車的車身結(jié)構(gòu)基本滿足均勻能量密度的原則，但是如果不采用粘貼的方式安裝風(fēng)擋玻璃，接頭對(duì)車身剛度的貢獻(xiàn)率將達(dá)到30%左右，大大提高了接頭的承載系數(shù)，進(jìn)而會(huì)加大接頭的設(shè)計(jì)難度。

[1] Krois M,Dilger K,B?hm S,et al.Use of Compliant Adhesive Layers in Direct Glazing of Road Vehicles for Improved Sound Attenuation[J].International Journal of Adhesion & Adhesives,2003(23):413-425.

[2] Adams R D.Adhesive Bonding: Science,Technology and Application[M].Woodhead,2005.

[3] 喬淑平,黃金陵,李卓森.紅旗CA7220轎車白車身剛度分析[J].汽車技術(shù),2000(2):26-29.

[4] 王海霞,湯文成,鐘秉林,等.客車車身骨架動(dòng)應(yīng)力研究的現(xiàn)狀與未來[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào),2001,18(3):8-13.

[5] 桂良進(jìn),范子杰,周長路,等.“長安之星”微型客車白車身剛度研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2004,40(9):195-198.

[6] 胡志遠(yuǎn),浦耿強(qiáng).輕型客車車身剛度靈敏度分析及優(yōu)化[J].機(jī)械強(qiáng)度,2003,25(1):67-70.

[7] 高云凱,藍(lán)曉理,陳鑫.轎車車身模態(tài)修改靈敏度計(jì)算分析[J].汽車工程,2001,23(5).

[8] 呂毅寧.車身結(jié)構(gòu)剛度和振動(dòng)特性設(shè)計(jì)分析的幾個(gè)關(guān)鍵問題研究[D].北京:清華大學(xué),2008.

[9] Rao D K.Frequency and Loss Factors of Sandwich Beams Under Various Boundary Conditions[J].Journal Mechanical Engineering Science,1978,20(5):271-282.

[10] 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)(實(shí)驗(yàn)篇)[M].北京:人民交通出版社,2001.