白車身動(dòng)剛度計(jì)算方法與性能優(yōu)化研究

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1、某車型白車身動(dòng)剛度計(jì)算方法與性能優(yōu)化研究作者:神龍汽車有限公司夏湯忠摘要:本文介紹了動(dòng)態(tài)剛度的基本概念,建立了公司的計(jì)算方法,對(duì)某車型白車身進(jìn)行動(dòng)態(tài)剛度分析,進(jìn)而提出優(yōu)化改進(jìn)方案,使該車型獲得良好的NVH性能?關(guān)鍵詞:白車身動(dòng)剛度模態(tài)優(yōu)化?1.引言?在轎車車身的性能中,動(dòng)剛度計(jì)算占有重要的地位,其作用主要表現(xiàn)在車身疲勞壽命和整車乘坐的舒適性上。?汽車在行駛的過(guò)程中,會(huì)受到各種各樣的動(dòng)載荷。當(dāng)動(dòng)載荷與車身的動(dòng)力學(xué)特性接近,即動(dòng)載荷的某分量與車身的某階模態(tài)的固有頻率接近時(shí),將可能引發(fā)結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生較高的動(dòng)應(yīng)力,導(dǎo)致車身

2、的疲勞破壞。而車身的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)乘坐舒適性的影響,主要表現(xiàn)在NVH性能上。?在某車型項(xiàng)目中,以前期項(xiàng)目為標(biāo)準(zhǔn),研究白車身動(dòng)態(tài)剛度的計(jì)算方法,修正白車身動(dòng)剛度有限元模型,確保計(jì)算獲得準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)剛度結(jié)果。計(jì)算方法和建模方法的研究完成為之后的動(dòng)剛度性能優(yōu)化工作搭建了良好的基礎(chǔ),然后運(yùn)用通過(guò)模態(tài)計(jì)算尋找改進(jìn)思路,嘗試多種改進(jìn)方案,確定最佳方案使車身動(dòng)剛度性能達(dá)標(biāo),提升了整車的NVH性能。?2.動(dòng)態(tài)剛度?動(dòng)剛度是指計(jì)算結(jié)構(gòu)在周期振蕩載荷作用下對(duì)每一個(gè)計(jì)算頻率的動(dòng)響應(yīng),也稱為頻率響應(yīng)。激勵(lì)載荷是在頻域中明確定義的,所有的外力

3、在每一個(gè)指定的頻率上已知。力的形式可以是外力,也可以是強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)(位移、速度、加速度等)。計(jì)算結(jié)果分實(shí)部和虛部?jī)刹糠?。?shí)部代表響應(yīng)的幅度,虛部代表響應(yīng)的相角。通常動(dòng)剛度采用響應(yīng)的幅值來(lái)表示,包括節(jié)點(diǎn)位移、加速度、單元力和應(yīng)力等。動(dòng)剛度的計(jì)算方法主要有直接頻率響應(yīng)、模態(tài)頻率響應(yīng)兩種。?a)直接頻率響應(yīng),通過(guò)求解整個(gè)模型的阻尼耦合方程,得出各頻率對(duì)于外載荷的響應(yīng)。?b)模態(tài)頻率響應(yīng),利用結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型來(lái)對(duì)耦合的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行縮減和解耦,同時(shí)由單個(gè)模態(tài)響應(yīng)的疊加得到某一給定頻率下的解答。其分析的輸出類型與直接頻率響應(yīng)分析得

4、到的輸出類型相同。模態(tài)頻率響應(yīng)分析法利用結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行縮減,因此在對(duì)較大模型做頻率響應(yīng)分析時(shí)比直接法更右效率。在本車型的頻率響應(yīng)計(jì)算中使用模態(tài)頻率響應(yīng),下面是對(duì)模態(tài)頻率響應(yīng)理論的簡(jiǎn)介。再由(2)式可計(jì)算出系統(tǒng)在物理坐標(biāo)下的響應(yīng)。?本公司的法國(guó)母公司PSA對(duì)動(dòng)態(tài)剛度的計(jì)算方法內(nèi)嵌在其自行開(kāi)發(fā)的CAE?軟件OPTIMA中,其中應(yīng)用的算法和控制參數(shù)設(shè)置對(duì)我們而言可以說(shuō)是未知數(shù)。在某車型項(xiàng)目中,我們使用MSC.NASTRAN軟件的模態(tài)頻率響應(yīng)分析,研究確定合理的控制參數(shù)設(shè)置,對(duì)該車型的動(dòng)剛度進(jìn)行了計(jì)算分析

5、。如圖(1)所示,一條是本公司計(jì)算方法得到的動(dòng)剛度曲線,一條是PSA的動(dòng)剛度曲線,兩條曲線基本一致,對(duì)標(biāo)性良好,說(shuō)明DPCA關(guān)于動(dòng)剛度計(jì)算結(jié)果的可靠性。?圖(1)動(dòng)剛度計(jì)算結(jié)果對(duì)比3.某車型動(dòng)態(tài)剛度分析與優(yōu)化方案?在某車型項(xiàng)目中,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)右墊塊、動(dòng)機(jī)左墊塊、前懸減震器安裝支點(diǎn)、后置懸點(diǎn)上支撐、排氣管懸掛點(diǎn)等的x、y、z三個(gè)方向施加激振力,進(jìn)行頻率響應(yīng)分析,動(dòng)剛度為激振力幅值與響應(yīng)位移之比。結(jié)果表明,在關(guān)注頻率段內(nèi),主要問(wèn)題出現(xiàn)在右后側(cè)懸置點(diǎn)的y向動(dòng)剛度。如圖(2)所示,在關(guān)注頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)動(dòng)剛度較大的降級(jí),沒(méi)有達(dá)

6、標(biāo)。?圖(2)右后懸置Y向動(dòng)剛度結(jié)果對(duì)照同頻率段范圍的白車身模態(tài)計(jì)算結(jié)果,在后隔板與輪罩的連接區(qū)域,出現(xiàn)較大應(yīng)變能,初步分析由于該區(qū)域結(jié)構(gòu)剛度不足導(dǎo)致車身右后懸置點(diǎn)動(dòng)剛度的降級(jí)。為了能夠盡快驗(yàn)證這一推測(cè)是否正確,在后隔板和輪罩之間增加一簡(jiǎn)單梁支撐,模擬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化,進(jìn)行動(dòng)剛度計(jì)算,結(jié)果如圖所示。在我們關(guān)注的頻率范圍有明顯的改善,說(shuō)明后隔板和輪罩的連接區(qū)域?qū)τ液髴抑命c(diǎn)的動(dòng)剛度有較大影響。?圖(3)改進(jìn)思路?圖(4)動(dòng)剛度結(jié)果對(duì)比依照這一思路我們進(jìn)行了多種改進(jìn)方案的嘗試,如下圖所示?原始方案?圖(5)原始方案方案二增加

7、連接板方案三強(qiáng)化連接板的結(jié)構(gòu),增加與后懸支架的焊點(diǎn)連接方案四增加連接板側(cè)邊與后隔板的連接結(jié)果如下圖,方案四的成效最為明顯,不僅僅提高了關(guān)注頻率范圍右后懸置點(diǎn)動(dòng)剛度,也大大改善了高頻段的動(dòng)剛度。成為最終方案。4.總結(jié)?動(dòng)剛度是白車身性能重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。本文在正確算法的基礎(chǔ)上,開(kāi)展白車身的動(dòng)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì),探究尋求改進(jìn)思路的方法,并得到了較好的驗(yàn)證效果,使該車型獲得良好的動(dòng)態(tài)剛度性能,保證了整車的NVH性能,提高了乘坐舒適性。另外在線外樣車的驗(yàn)證試驗(yàn)中,動(dòng)剛度性能良好。?參考文獻(xiàn)?MSC.NASTRAN動(dòng)力學(xué)培訓(xùn)教

8、程MSC.SOFTWARE(end)

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