扭转刚度计算公式，矩形截面扭转刚度计算公式
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- 1、车身弯扭刚度分析方法探讨
- 2、扭转刚度计算公式，矩形截面扭转刚度计算公式
1、车身弯扭刚度分析方法探讨
一、白车身弯扭刚度分析的目的
车身刚度主要分为整体刚度和局部刚度，而车身弯曲及扭转刚度设计是车身NVH性能的基础。与整车动力学相、整车NVH性能、疲劳耐久和操稳性能等密切相关。
在《车身弯曲及扭转刚度目标值确定方法探讨》一文中详细介绍了车身弯曲及扭转刚度目标值定义的由来。一般情况下，白车身的弯曲刚度目标来源主要是整车弯曲模态，扭转刚度目标来源主要是操纵稳定性（悬架侧倾刚度有关）和整车扭转模态。白车身的弯曲刚度不足时，可能会导致车身弯曲模态低，易与其他系统共振，影响整车NVH性能及整车耐久等；而白车身扭转刚度不足时，可能导致整车异响，门洞产生较大的变形量，以至于门关不上，影响整车的动态密封性能等，白车身扭转刚度对整车操稳性能也有明显影响。
一般，通过合理的整车模态匹配和车身振型调制等方法，设计开发车身结构的整体和局部刚度，以达到良好的整车振动水平和操稳性能。
二、车身弯扭刚度与整车NVH的关系
（1）一般来说，车身刚度越高， NVH性能会越好；
（2） 随着时代的发展，车身的刚度越来越高；
（3）高刚度和轻量化指标成为车身开发中日益发展的趋势。
三、白车身弯转刚度的常用分析方法
（1）通过查阅相关文献及资料，白车身的弯曲及扭转刚度计算方法较多，每个车企不尽相同，对刚度结果的读取及评判也有不同的方法和参考。
（2）弯曲刚度计算，一般取车身两侧位移的平均值作为车身的位移值，同时还需要考虑到车身安装点局部刚度的影响，取修正后的最大位移来计算车身的弯曲刚度值。
上式中，
和
分别为左右两侧未修正前的最大位移值。
上式中，
和
分别为前后支撑点位移平均值，L为前后支撑点距离，X为加载点的纵坐标。
上式中，
为修正后的弯曲刚度值。
（3）扭转刚度计算，左侧前支撑点的扭转角插值为：
上式中，
和
为支撑前、后纵梁未修正扭转角，
为前支撑点纵向位置，
和
为支撑前、后前测点的纵向坐标。
左侧后支撑点的扭转角插值为：
左侧扭转刚度为：
右侧扭转刚度与左侧相同。整体扭转刚度为：
四、白车身弯扭刚度提升方法简略
在白车身弯曲和扭转刚度分析过程中，大部分都需要优化，以达到预期的目标或参考值。白车身弯扭刚度提升方法比较多，如接头法、截面法、对标法、应变能法、灵敏度法等。在实际工程中灵敏度法、应变能法应用相对较多，而且效果非常明显。
（1）截面刚度-根据截面形状及相关特性，考虑提升截面刚度。
（2）接头刚度-通过对标相应的接头刚度进行提升白车身弯扭刚度，可通过接头灵敏度识别关键接头。
（3）粘接刚度-随着工业胶在汽车中的大量应用，可通过增加结构胶或膨胀胶来提升白车身弯扭刚度，这种方法在实际工程中有时效果非常明显。
五、小结
（1）白车身的弯曲刚度和扭转刚度与加载方式、边界条件、结果取值及计算方式等因素有关，且结果会有一定的差异；
（2）一般情况下，BIP相对BIW的车身扭转刚度约有20-25%的提升，具体数值与各车型结构、电池包及安装方式有关；
（3）BIP带上电池包相对BIP的车身弯曲和扭转刚度分别约有25-40%的提升，具体数值与各车型结构、电池包及安装方式有关；
（4）前副车架对车身的弯曲刚度及扭转刚度影响较小，约在5%以内，具体数值与副车架结构及安装方式有关。
（5）随着科技的发展，特别铝合金在车身的大量应用，有些车身弯曲及扭转刚度达到非常规的数值；
（6）纵然白车身的弯曲及扭转刚度计算方法多种，建议在计算时考虑局部刚度的影响，或许其计算结果更具有工程参考意义。
2、扭转刚度计算公式，矩形截面扭转刚度计算公式
在《材料力学》中，刘鸿文老师用了较大篇幅介绍梁自由扭转时最大切应力与扭转角（扭转刚度）的求取。
总结公式如下：最大切应力τ=T/Wt；扭转刚度φ=T/GIt。对于抗扭惯性矩I与抗扭截面系数W的计算分为以下几类：
1，圆轴与圆管
圆轴与圆管截面抗扭惯性矩就是截面极惯性矩。
实心圆轴极惯性矩It=πD^4/32；抗扭截面系数Wt=πD³/16。
空心圆轴极惯性矩It=π（D^4-d^4）/32；抗扭截面系数Wt=π（D^4-d^4）/（16D）；或者直接查询《机械设计手册》——型材——结构用冷弯型材(GB/T 6728—2002)。
查询
2，矩管与方管
直接查询《机械设计手册》——型材——结构用冷弯型材(GB/T 6728—2002)。
查询
3，实心矩形梁
b为长边尺寸，a为短边尺寸，则抗扭惯性矩It=βba³；抗扭截面系数Wt=αba²。
实心矩形梁
4，开口薄壁梁，如工字钢、H形钢、T形钢、槽钢、角钢
开口薄壁梁使用展开方法累加。抗扭惯性矩It=1/3∑Siti³=1/3（S1t1³ S2t2³ S3t3³ ......）；抗扭截面系数Wt=It/tmax ，Si为第i条边的长度，ti为第i条边的厚度，tmax为最大厚度
开口薄壁梁
但是，以上方法算出的有没有更简单和更精确的办法查询It呢。当然有，但是书上肯定不会说。以下下介绍任意形状截面使用SolidWorks查询截面抗扭惯性矩方法。
建立想要的截面草图后退出草图编辑器，拉伸为实体。
sw建模
打开SolidWorks simulation插件，如果工具栏没有simulation，需要先到插件设置里面勾选。
勾选simulation插件
在simulation中建立新算例
在simulation中建立新算例，选择静态算例。
选择静态算例
在算例中将实体转换为梁。右击结构树中的模型——视为横梁
转换为梁
转换为梁
右击结构树中的梁模型——编辑定义
编辑定义
在细节窗口中找到最下方“截面属性”，其中扭转常数就是It。
截面属性
如何查看扭转中性轴？
右击连接组——编辑
在细节窗口中勾选“显示抗剪中心”
最后，知道了It后如何计算Wt？
对于开口梁，Wt=It/最大壁厚
对于圆管/圆轴，Wt=It/R，R为外圆半径
对于矩管，Wt=(a-t)(b-t)/(a b-2t)，a、b为边长，t为厚度。
对于方管，Wt=(a-t)/2，a为边长，t为厚度。
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