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異響仿真之神秘武器

2020-05-06 20:58:37·  來源：汽車異響B(tài)SR  作者：Polytec GmbH  
　
編者按：本文內(nèi)容由德國Polytec GmbH公司（以下簡稱：Polytec）提供。中國汽車工程研究院股份有限公司（重慶）利用Polytec的激光測(cè)振儀進(jìn)行異響仿真相關(guān)數(shù)據(jù)庫的
編者按：本文內(nèi)容由德國Polytec GmbH公司（以下簡稱：Polytec）提供。中國汽車工程研究院股份有限公司（重慶）利用Polytec的激光測(cè)振儀進(jìn)行異響仿真相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立，用來對(duì)車內(nèi)關(guān)鍵內(nèi)飾部件設(shè)計(jì)前期的異響性能仿真提供有力的數(shù)據(jù)支撐。
 
在汽車工業(yè)中，異響問題對(duì)客戶滿意度的影響日益重要。通常，一款新車在生產(chǎn)之前的驗(yàn)證階段就進(jìn)行異響測(cè)試。為在驗(yàn)證階段減少異響問題的數(shù)量，就需要進(jìn)行魯棒性設(shè)計(jì)。為了項(xiàng)目設(shè)計(jì)“一次成功”，避免不必要的開發(fā)循環(huán)，需要使用一個(gè)綜合的異響仿真工具。然而，在仿真工具有效使用之前，需要了解部件動(dòng)態(tài)特性的正確表現(xiàn)形式。因此，使用3D激光掃描測(cè)振儀對(duì)每個(gè)內(nèi)飾件進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)試以提高模態(tài)的相關(guān)性。3D激光測(cè)振儀測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)合仿真工具可幫助工程師更好的理解如何進(jìn)行正確的車身內(nèi)飾件設(shè)計(jì)以避免讓人煩惱的異響。
 
簡介
車內(nèi)的異響是一個(gè)非常復(fù)雜的噪聲現(xiàn)象，影響汽車的響異響數(shù)量的因素有很多，包括材料副、表面加工、裝配、部件間相對(duì)位移、公差、路面載荷和生產(chǎn)裝配。其中一個(gè)因素“相對(duì)位移”，與異響問題息息相關(guān)。因此，異響仿真時(shí)，重要的是關(guān)注兩個(gè)相鄰部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)普通車輛中，儀表板有著最復(fù)雜的內(nèi)飾裝配，為了避免異響問題，所有部件間的相對(duì)位移都需要進(jìn)行控制。
 
參數(shù)定義
通過對(duì)儀表板詳細(xì)地的研究，在仿真模型中需應(yīng)用一些重要的參數(shù)，用來計(jì)算相對(duì)位移（如下圖1），這些參數(shù)對(duì)于所有與異響仿真有關(guān)的內(nèi)飾總成部件是非常有效的。其中，全局剛度對(duì)相對(duì)位移有重要的影響。 
 
圖1 S&R仿真模型參數(shù)定義
其影響與內(nèi)部安裝點(diǎn)的數(shù)量和位置有很大的相關(guān)性。局部剛度和卡扣的剛度對(duì)相對(duì)位移也很重要。除剛度之外，局部幾何形狀和兩個(gè)部件接觸的部位，在仿真中也需要考慮。另外，施加的載荷對(duì)異響也有決定性的影響。載荷水平太低可能不會(huì)導(dǎo)致異響發(fā)生，載荷水平太高可能導(dǎo)致其他問題。因此，定義一個(gè)恰當(dāng)?shù)妮d荷是非常重要的，相對(duì)位移是仿真的輸出結(jié)果，在全局坐標(biāo)和局部坐標(biāo)中進(jìn)行處理。 
 
開發(fā)過程中會(huì)有不同類型的分析，這些分析的輸出會(huì)根據(jù)內(nèi)飾總成的細(xì)節(jié)程度來調(diào)整：
n 模態(tài)分析首先關(guān)注主要的結(jié)構(gòu)件
n 由于結(jié)構(gòu)變得越來越細(xì)化，可以利用瞬態(tài)分析來研究由脈沖載荷引起的整個(gè)結(jié)構(gòu)件之間的相對(duì)移
n 最后，用頻率響應(yīng)分析結(jié)合其他分析軟件在整個(gè)細(xì)化模型上進(jìn)行異響仿真。測(cè)試的加速度數(shù)據(jù)作為輸入載荷，“SAR line”方法用于解釋幾何形狀的局部接觸。
 
模態(tài)分析和模態(tài)相關(guān)性
 
如Opel Insignia這款車的儀表板是一個(gè)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括了很多塑料件。相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的白車身而言，材料數(shù)據(jù)(如楊氏模量) 和塑料部件的有限元不能很好地被定義。由于泡沫和襯墊與支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體，所以不能利用材料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行仿真分析。為了提高仿真能力，因此，直接測(cè)試和模態(tài)相關(guān)性的工作就顯得非常有必要。
 
利用加速度傳感器測(cè)量來獲取結(jié)構(gòu)的全局的變形，如果相關(guān)性的主要結(jié)果是只有低階模態(tài)可以正確的表示，而高階模態(tài)卻不相關(guān)，這說明塑料部件的數(shù)據(jù)必須考慮進(jìn)行修改。在此過程中，該設(shè)備的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
 
1.利用3D激光測(cè)振儀提高模態(tài)相關(guān)性
為提高全局和局部模態(tài)相關(guān)水平，使用了Polytec公司的3D激光掃描測(cè)振儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試（圖2）,該方法有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：第一，避免因使用相對(duì)較大的加速度傳感器帶來的質(zhì)量載荷，結(jié)合測(cè)振儀可使用反光膜，可對(duì)輕型質(zhì)量的內(nèi)飾件進(jìn)行測(cè)試；第二，可測(cè)量大量的測(cè)點(diǎn)，而使用單個(gè)加速度傳感器測(cè)試的測(cè)點(diǎn)是有限的。 
 
 
相關(guān)性分析工作的初始結(jié)果清晰地表明，在局部上大大地提升線性仿真模型。可更好地理解如何在仿真模型中以最好的方式準(zhǔn)確地連接部件。模型可使得用戶在早期進(jìn)行研究并反饋給設(shè)計(jì)工程師怎么以最有效的方式優(yōu)化剛度，比如使用不同的安裝點(diǎn)，或不同的材料（如利用玻璃纖維加強(qiáng)）。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括模態(tài)頻率和模態(tài)振型的一致性。通過研究模態(tài)振型，加筋和加強(qiáng)的位置可以很容易的識(shí)別出來。由于模態(tài)分析可以在非常早的設(shè)計(jì)階段開始，因此有足夠的時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
 
圖2 3D激光掃描測(cè)振儀測(cè)試的儀表板ODS
2.激光測(cè)振儀是唯一可針對(duì)輕量化部件測(cè)試的設(shè)備
激光掃描測(cè)振儀可對(duì)輕量化的內(nèi)飾件進(jìn)行精確的振動(dòng)測(cè)量。傳統(tǒng)方法使用接觸式的加速度傳感器，其附加質(zhì)量和剛度會(huì)影響部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。圖3顯示的是Insignia的中控臺(tái)內(nèi)飾件的仿真模型和試驗(yàn)搭建。
 
 
圖3 中控臺(tái)仿真模型，夾具上待測(cè)的中控臺(tái)內(nèi)飾件
測(cè)試結(jié)果表示該部件第一次的位移測(cè)試已經(jīng)完成，3D激光掃描測(cè)振儀結(jié)果導(dǎo)出成UNV格式的文件然后導(dǎo)入到LMS Test軟件中提取特征模態(tài)。測(cè)試模態(tài)和計(jì)算模態(tài)都輸入到LMS Virtual lab軟件中進(jìn)行模態(tài)相關(guān)性分析。這個(gè)比較簡單的FE模型能夠精確地顯示出了該部件的動(dòng)態(tài)特性。前10階特征模態(tài)顯示出了相當(dāng)好的MAC值(模態(tài)置信因子)，甚至考慮了所有的測(cè)試點(diǎn)，均高于0.8 (見下表及圖4)。
 
 
圖4 模態(tài)相關(guān)性MAC值
總結(jié)
異響仿真的目的是為了盡可能精確地表達(dá)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，將相對(duì)位移與實(shí)際的異響問題關(guān)聯(lián)起來。模態(tài)相關(guān)性的結(jié)果表明線性仿真模型使用改進(jìn)后的塑料材料數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確計(jì)算最低的全局模態(tài) (高階模態(tài)相關(guān)性仍然較差)。這也使得模態(tài)分析成為一個(gè)強(qiáng)大的工具可以在早期階段支持內(nèi)飾設(shè)計(jì)。為了提高局部模態(tài)的相關(guān)性，可使用3D激光掃描測(cè)振儀對(duì)內(nèi)飾件進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。
 
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