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模态动画分析在动刚度优化中的应用

2018/9/29    来源:Altair    作者:王超      
关键字:动刚度  模态  OptiStruct  结构优化  
本文以某款车型为研究对象,阐述了详细工程设计阶段TB动刚度分析的基本原理、分析方法及评价标准,建立TB有限元模型,利用OptiStruct进行模态频率响应分析,并结合该车型动刚度计算结果对相对薄弱点进行结构优化设计。

1 概述

    家用车车身大多是承载式车身,由于承载式车身的结构特点,振动和噪声很容易传至车内,这不仅影响乘坐的舒适性,而且易造成车身疲劳损伤。在车身结构设计中,一些关键点(主要包括发动机悬置点、减振器安装点、拖曳臂安装点及副车架接附点等)是向车身传递振动的主要来源。动刚度对车身的振动和疲劳破坏有重要的影响。局部动刚度考察是在所关注的频率范围内该接附点局部区域的动刚度水平。动刚度与结构传人的能量成反比。因此关键连接点的动刚度需要足够大以减少结构传入的能量:动刚度过低易引起更大的振动噪声。因此,该性能指标对整车NVH性能有较大影响,是在整车NVH分析中需要首先考虑的因素。本文以在工程设计阶段的某SUV为研究对象,进行TB车身动刚度分析、优化。

2 动刚度分析

    动刚度分析是评价车身安装点NVH性能的重要方法。动刚度是结构产生单位振幅所需要的动态力,表征了结构在动态载荷下抵抗变形的能力。动刚度并不是一个常数,其随频率的改变而变化,是频率的函数。

    利用OptiStruct的求解器,即模态法求频响,在车身悬置支架三点、车身与底盘的连接点、施加1N的动态载荷,分别计算X,Y,Z三个方向。

动刚度分析加载点/响应点

图1 动刚度分析加载点/响应点

    模态的计算范围为所求频响的范围的2倍,输出分析点的位移响应。输出控制卡片设置,设置频响范围为1-300Hz,间隔1Hz,同时设置结构模态的提取范围为1-600Hz,并设置结构模态阻尼。

    2.1 结果处理

    利用HyperGraph读取PCH文件,读取加载点三个方向的位移响应,并对数据进行处理。

    2.2 结果分析

    经公式计算得到的动刚度曲线如图2所示。左后减震器动刚度在Z方向76HZ左右存在一个谷值,低于目标值(10000N/mm),表明此位置在动态载荷下抗变形的能力较低。考虑到其较低的动刚度容易引起较大的振动噪声,并且会对整车NVH性能有较大影响,需要对其进行优化。

左后减震器动刚度曲线

图2 左后减震器动刚度曲线

    2.3 模态分析

    根据该问题产生的频率段(76HZ左右),利用OptiStruct输出相应频率段的模态动画,并将结果文件导入HyperView进行分析。通过对彩色云图以及动画的分析发现如图二所示圆圈位置抖动比较剧烈,对动刚度影响较大。

模态动画

图3 模态动画

    通过运用HyperMesh对模型进行查看,经过对板件材料与板件之间连接的仔细检查,发现此位置连接相对薄弱,考虑到此处Z向动刚度比较薄弱,故在横梁,纵梁翻边与后地板表面焊接加强连接件(图中红色板件),板厚在1.5mm,从而加强了Z向的结构。

连接加强件

图4 连接加强件

3 优化结果图

左后减震器动刚度曲线对比图

图5 左后减震器动刚度曲线对比图

    通过对比优化前后动刚度曲线分析发现,优化后的动刚度值在低频得到了明显提升,76HZ左右的谷值也提升明显,由原来的8143N/mm提升到了15105N/mm,增加了85%,满足目标要求。

4 分析与结论

    论述了TB动刚度分析的基本理论、分析方法,利用OptiStruct软件基于模态的频率响应模块对TB关键点动刚度进行CAE分析,得到接附点的动刚度属性。针对动刚度薄弱点进行优化设计,并验证优化结果。在此过程中HyperView所提供的高质量的彩色云图以及动画对找到问题根源起到了决定性的帮助。

责任编辑:程玥
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