某車型白車身動剛度計算方法與性能優(yōu)化研究

1、某車型白車身動剛度計算方法與性能優(yōu)化研究本文介紹了動態(tài)剛度的基本概念，建立了公司的計算方法，對某車型白車身進行動態(tài)剛度分析，進而提出優(yōu)化改進方案，使該車型獲得良好的NVH性能。1 引言 在轎車車身的性能中，動剛度計算占有重要的地位，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。 汽車在行駛的過程中，會受到各種各樣的動載荷。當動載荷與車身的動力學特性接近，即動載荷的某分量與車身的某階模態(tài)的固有頻率接近時，將可能引發(fā)結構共振產(chǎn)生較高的動應力，導致車身的疲勞破壞。而車身的動力學特性對乘坐舒適性的影響，主要表現(xiàn)在NVH性能上。 在某車型項目中，以前期項目為標準，研究白車身動態(tài)剛度的計算方法，修正白

2、車身動剛度有限元模型，確保計算獲得準確的動態(tài)剛度結果。計算方法和建模方法的研究完成為之后的動剛度性能優(yōu)化工作搭建了良好的基礎，然后運用通過模態(tài)計算尋找改進思路，嘗試多種改進方案，確定最佳方案使車身動剛度性能達標，提升了整車的NVH性能。2 動態(tài)剛度 動剛度是指計算結構在周期振蕩載荷作用下對每一個計算頻率的動響應，也稱為頻率響應。激勵載荷是在頻域中明確定義的，所有的外力在每一個指定的頻率上己知。力的形式可以是外力，也可以是強迫運動（位移、速度、加速度等）。計算結果分實部和虛部兩部分。實部代表響應的幅度，虛部代表響應的相角。通常動剛度采用響應的幅值來表示，包括節(jié)點位移、加速度、單元力和應力等。動剛

3、度的計算方法主要有直接頻率響應、模態(tài)頻率響應兩種。 a)直接頻率響應，通過求解整個模型的阻尼耦合方程，得出各頻率對于外載荷的響應。 b)模態(tài)頻率響應，利用結構的模態(tài)振型來對耦合的運動方程進行縮減和解耦，同時由單個模態(tài)響應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分析得到的輸出類型相同。模態(tài)頻率響應分析法利用結構的模態(tài)振型來對運動方程進行縮減，因此在對較大模型做頻率響應分析時比直接法更右效率。在本車型的頻率響應計算中使用模態(tài)頻率響應，下面是對模態(tài)頻率響應理論的簡介。 假設輸入的激振力為：點擊圖片查看大圖 響應為：點擊圖片查看大圖 則系統(tǒng)的運動方程為：點擊圖片查看大圖 式(1)

4、中M為質量矩陣，C為阻尼矩陣，K為剛度矩陣 假設點擊圖片查看大圖 其中為系統(tǒng)的模態(tài)變換矩陣，則可把變量從物理坐標系轉化為模態(tài)坐標系() 把(2)式帶入(1)式，兩邊同除eit得點擊圖片查看大圖 兩邊同乘T點擊圖片查看大圖 根據(jù)模態(tài)正交性，(4)式變?yōu)椋狐c擊圖片查看大圖 其中Mjj為j階結構質量，Cjj為j階結構阻尼，Kjj為j階結構剛度，Pj為j階激振力。 (5)式中每階模態(tài)的響應為：點擊圖片查看大圖 再由(2)式可計算出系統(tǒng)在物理坐標下的響應。 本公司的法國母公司PSA對動態(tài)剛度的計算方法內(nèi)嵌在其自行開發(fā)的CAE軟件OPTIMA中，其中應用的算法和控制參數(shù)設置對我們而言可以說是未知數(shù)。在某車

5、型項目中，我們使用MSC.NASTRAN軟件的模態(tài)頻率響應分析，研究確定合理的控制參數(shù)設置，對該車型的動剛度進行了計算分析。如圖(1)所示，一條是本公司計算方法得到的動剛度曲線，一條是PSA的動剛度曲線，兩條曲線基本一致，對標性良好，說明DPCA關于動剛度計算結果的可靠性。點擊圖片查看大圖 圖1 動剛度計算結果對比3 某車型動態(tài)剛度分析與優(yōu)化方案 在某車型項目中，對發(fā)動機右墊塊、動機左墊塊、前懸減震器安裝支點、后置懸點上支撐、排氣管懸掛點等的x、y、z三個方向施加激振力，進行頻率響應分析，動剛度為激振力幅值與響應位移之比。結果表明，在關注頻率段內(nèi)，主要問題出現(xiàn)在右后側懸置點的y向動剛度。如圖(

6、2)所示，在關注頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)動剛度較大的降級，沒有達標。點擊圖片查看大圖 圖2 右后懸置Y向動剛度結果 對照同頻率段范圍的白車身模態(tài)計算結果，在后隔板與輪罩的連接區(qū)域，出現(xiàn)較大應變能，初步分析由于該區(qū)域結構剛度不足導致車身右后懸置點動剛度的降級。為了能夠盡快驗證這一推測是否正確，在后隔板和輪罩之間增加一簡單梁支撐，模擬結構的強化，進行動剛度計算，結果如圖所示。在我們關注的頻率范圍有明顯的改善，說明后隔板和輪罩的連接區(qū)域對右后懸置點的動剛度有較大影響。點擊圖片查看大圖 圖3 改進思路點擊圖片查看大圖 圖4 動剛度結果對比 依照這一思路我們進行了多種改進方案的嘗試，如下圖所示 原始方案點擊圖片查看大圖 圖5 原始方案 方案二增加連接板點擊圖片查看大圖 圖6 方案二 方案三強化連接板的結構，增加與后懸支架的焊點連接點擊圖片查看大圖 圖7 方案三 方案四增加連接板側邊與后隔板的連接點擊圖片查看大圖 圖8 方案四 結果如下圖，方案四的成效最為明顯，不僅僅提高了關注頻率范圍右后懸置點動剛度，也大大改善了高頻段的動剛度。成為最終方案。點擊圖片查看大圖 圖9 分析結果4 總結 動剛度是白車身性能重要的評價指標之一。本文在正