本發(fā)明專利涉及一種在車身模態(tài)調(diào)節(jié)過程中的一種車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接裝置及方法，實現(xiàn)車身優(yōu)化過程中的模態(tài)控制。

背景技術(shù)：

汽車的燃油經(jīng)濟性和車身的自重成反比，從世界能源和環(huán)境保護的角度來說，汽車輕量化對內(nèi)燃機汽車的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。在車身輕量化設(shè)計過程中，需要充分考慮車身的自由模態(tài)和激振頻率來避免與發(fā)動機產(chǎn)生共振。車身質(zhì)量的減小帶來了結(jié)構(gòu)頻率的變化，為了避免這種情況的發(fā)生，往往在車身的部件減重過程中做出很大讓步。在一定程度上模態(tài)特性的改變限制了車身輕量化技術(shù)的應(yīng)用。本發(fā)明利用預(yù)應(yīng)力方法對車身子結(jié)構(gòu)進行預(yù)應(yīng)力調(diào)控，從而保證車身輕量化設(shè)計的順利實施。

現(xiàn)有技術(shù)中，在將車身結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)進行連接時，采用直接連接的方式(例如鉚接，螺栓連接)，如圖1所示。連接時由于車身結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)的相對位置固定不變，無法對子結(jié)構(gòu)的預(yù)載荷進行調(diào)節(jié)，不能解決車身子結(jié)構(gòu)的輕量化帶的模態(tài)特性問題。車身輕量化設(shè)計過程中，帶來了結(jié)構(gòu)頻率的變化，限制了輕量化技術(shù)的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接裝置及方法，旨在克服現(xiàn)有車身優(yōu)化過程中的模態(tài)變化，實現(xiàn)通過預(yù)應(yīng)力加載裝置實現(xiàn)對車身結(jié)構(gòu)的模態(tài)準確的調(diào)節(jié)。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接裝置，其特征在于包括：連接螺栓（1）、內(nèi)置調(diào)整螺母（5）、外置調(diào)整螺母（4）和緊固螺母（6）；自連接螺栓（1）的尾部至頭部依次布置有外置調(diào)整螺母（4）、內(nèi)置調(diào)整螺母（5）和緊固螺母（6），并與連接螺栓（1）相配合；待連接部件車身結(jié)構(gòu)（2）位于連接螺栓（1）的頭部與緊固螺母（6）之間，待連接部件子結(jié)構(gòu)（3）位于外置調(diào)整螺母（4）和內(nèi)置調(diào)整螺母（5）之間。

一種車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，車身子結(jié)構(gòu)輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體為：根據(jù)車身子結(jié)構(gòu)所需的剛度和強度進行相應(yīng)的輕量化設(shè)計，減輕子結(jié)構(gòu)的重量達到輕量化目的；

步驟二，系統(tǒng)模態(tài)分析，具體為：在基于車身子結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的前提下，對系統(tǒng)模態(tài)進行分析；由于子結(jié)構(gòu)重量的減小，系統(tǒng)整體模態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化，通過此步驟分析子結(jié)構(gòu)重量變化對系統(tǒng)整體的影響；

步驟三，預(yù)加載設(shè)計分析，具體為：在模態(tài)識別的基礎(chǔ)上對子結(jié)構(gòu)連接處進行預(yù)加載設(shè)計分析，確定需要添加的預(yù)載荷，來平衡子結(jié)構(gòu)減重對整體模態(tài)的影響；

步驟四，利用權(quán)利要求1所述的車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接裝置對車身子結(jié)構(gòu)施加預(yù)載荷，具體為：根據(jù)步驟三中所述需要添加的預(yù)載荷，調(diào)節(jié)車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接裝置中的內(nèi)置調(diào)整螺母（5）和外置調(diào)整螺母（4）的位置，實現(xiàn)對車身子結(jié)構(gòu)預(yù)載荷的添加。

所述的調(diào)節(jié)具體為：

當(dāng)需要對車身子結(jié)構(gòu)施加預(yù)壓力載荷時，先將子結(jié)構(gòu)(3)的另一端固定或者鏡像連接，再將內(nèi)置調(diào)整螺母（5）和外置調(diào)整螺母（4）向接螺栓（1）的尾部調(diào)整，使子結(jié)構(gòu)（3）上產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，即實現(xiàn)預(yù)壓力載荷的施加；

當(dāng)需要對車身子結(jié)構(gòu)施加預(yù)拉力載荷時，先將子結(jié)構(gòu)(3)的另一端固定或者鏡像連接，再將內(nèi)置調(diào)整螺母（5）和外置調(diào)整螺母（4）向接螺栓（1）的頭部調(diào)整，使子結(jié)構(gòu)（3）上產(chǎn)生拉伸效應(yīng)，即實現(xiàn)預(yù)拉力載荷的施加。

本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明利用車身子結(jié)構(gòu)在不同的預(yù)載荷下具有不同的振動特性這一技術(shù)原理，在車身結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)在連接時，調(diào)整內(nèi)外調(diào)節(jié)螺母的位置實現(xiàn)對車身子結(jié)構(gòu)預(yù)載荷的控制，從而提高車身輕量化過程中模態(tài)制約帶來的設(shè)計閾值。兩個調(diào)整螺母可以根據(jù)不同的設(shè)計要求進行相應(yīng)的調(diào)整，且不需要添加其他額外的組件，提高了調(diào)節(jié)的靈活性，并降低成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中子結(jié)構(gòu)的螺栓連接方式示意圖；

圖2為本發(fā)明的車身子結(jié)構(gòu)預(yù)加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置施加壓載荷時裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明裝置施加拉載荷時裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1連接螺栓，2車身結(jié)構(gòu)，3子結(jié)構(gòu)，4外置調(diào)整螺母，5內(nèi)置調(diào)整螺母，6緊固螺母。

具體實施方式

通常將車身結(jié)構(gòu)2和子結(jié)構(gòu)3進行連接時，采用的都是傳統(tǒng)直接連接的方式如圖1所示。由于車身結(jié)構(gòu)2和子結(jié)構(gòu)3的相對位置固定不能變化，所以安裝的預(yù)載荷也固定。

利用本發(fā)明替代了傳統(tǒng)子結(jié)構(gòu)的連接方式，實現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)2和子結(jié)構(gòu)3進行連接時的預(yù)載荷控制，從而克服在輕量化過程中結(jié)構(gòu)變化帶來的模態(tài)特性問題。

以某個輕量化的子結(jié)構(gòu)為例來說明本發(fā)明的具體實施方式:圖中子結(jié)構(gòu)3是需要輕量化設(shè)計的一個車身子結(jié)構(gòu)，并且子結(jié)構(gòu)3的一端連接在車身結(jié)構(gòu)2上，另一端被固定或鏡像連接。針對車身輕量化的要求，本發(fā)明所需實施的方式可以大致分為以下四個步驟：

步驟一，根據(jù)圖中子結(jié)構(gòu)3的剛度和強度進行相應(yīng)的輕量化設(shè)計，目的在于減輕子結(jié)構(gòu)3的重量以達到輕量化目的。

步驟二，在基于輕量化設(shè)計的前提下，對系統(tǒng)模態(tài)進行分析。由于子結(jié)構(gòu)3重量的減小，系統(tǒng)整體模態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化，析子結(jié)構(gòu)3重量變化對系統(tǒng)整體的影響，為步驟三做準備。

步驟三，在模態(tài)識別的基礎(chǔ)上對子結(jié)構(gòu)3連接處進行預(yù)加載設(shè)計分析，確定需要添加預(yù)載荷的類型和大小，來平衡結(jié)構(gòu)減重對整體模態(tài)的影響，計算子結(jié)構(gòu)3用裝置連接的一端所需的的位移數(shù)值。

步驟四，利用本發(fā)明的連接裝置替代原來的連接方式，首先通過連接螺栓1和緊固螺母6在車身結(jié)構(gòu)2處固定連接螺栓1，再通過內(nèi)置調(diào)整螺母5和外置調(diào)整螺母4，將需要了解的子結(jié)構(gòu)3固定在連接螺栓1的尾端，如圖2所示。通過控制內(nèi)置調(diào)整螺母5和外置調(diào)整螺母4的位置來實現(xiàn)對子結(jié)構(gòu)3預(yù)載荷的添加。

例如當(dāng)通過前三步驟確定了需要向子結(jié)構(gòu)施加壓力載荷f1時，將內(nèi)置調(diào)整螺母5和外置調(diào)整螺母4向接螺栓（1）的尾部調(diào)整x1距離，使子結(jié)構(gòu)（3）上產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，即實現(xiàn)預(yù)壓力載荷的施加；如圖3所示。當(dāng)通過前三步驟確定了需要向子結(jié)構(gòu)施加拉力載荷f2時，將內(nèi)置調(diào)整螺母5和外置調(diào)整螺母4向接螺栓（1）的頭部調(diào)整x2距離，使子結(jié)構(gòu)（3）上產(chǎn)生拉伸效應(yīng)，即實現(xiàn)預(yù)拉力載荷的施加；如圖4所示。

通過以上的步驟，輕量化的子結(jié)構(gòu)3被連接在車身結(jié)構(gòu)2上，且由于預(yù)載荷的施加，相比輕量化前系統(tǒng)整體模態(tài)不會發(fā)生變化。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種車身輕量化子結(jié)構(gòu)連接裝置及方法，旨在克服現(xiàn)有車身輕量化過程中系統(tǒng)剛度降低，模態(tài)頻率降低的問題。本發(fā)明裝置由連接螺栓，內(nèi)置調(diào)整結(jié)構(gòu)，外置調(diào)整結(jié)構(gòu)，緊固螺栓組件構(gòu)成，通過調(diào)整裝置中的內(nèi)調(diào)整螺母和外置調(diào)整螺母來控制子結(jié)構(gòu)的預(yù)載荷。本發(fā)明方法先對車身子結(jié)構(gòu)輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)模態(tài)分析，再在模態(tài)識別的基礎(chǔ)上進行預(yù)加載設(shè)計分析，最后通過預(yù)加載裝置對車身子結(jié)構(gòu)施加預(yù)載荷，達到結(jié)構(gòu)輕量化的同時不降低結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的目的。本發(fā)明可以對車身子結(jié)構(gòu)的模態(tài)進行靈活調(diào)節(jié)，在車身輕量化過程中減小子結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時，避免了車身整體模態(tài)的降低；在車身減噪過程中，避免了子結(jié)構(gòu)與車身發(fā)生共振。

技術(shù)研發(fā)人員：丁華;王燁
受保護的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.27
技術(shù)公布日：2017.07.14