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車身動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法介紹

2020-10-23 22:57:00·  來(lái)源：上汽安全與CAE技術(shù)  
　
1.前言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，以仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)越來(lái)越普遍。目前車身零部件振動(dòng)疲勞仿真分析通常以加速度譜作為輸入條件。但是由于項(xiàng)目早期車身狀態(tài)不成熟，路
1.前言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，以仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)越來(lái)越普遍。目前車身零部件振動(dòng)疲勞仿真分析通常以加速度譜作為輸入條件。但是由于項(xiàng)目早期車身狀態(tài)不成熟，路譜車無(wú)真實(shí)車身，無(wú)法進(jìn)行車身加速試驗(yàn)；中期由于成本的原因路譜車采集加速度位置點(diǎn)數(shù)量有限，十分限制車身上大質(zhì)量件振動(dòng)疲勞在前中期的分析。整車開(kāi)發(fā)中通常使用經(jīng)驗(yàn)載荷來(lái)評(píng)估車身、子系統(tǒng)振動(dòng)疲勞響應(yīng)，導(dǎo)致零件的設(shè)計(jì)余量較大，對(duì)降本、減重帶來(lái)一定困難。因此在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中不依賴試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到準(zhǔn)確的車身加速度就顯得尤為重要。
本文介紹了一種基于3D數(shù)字路面下車身動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法，通過(guò)搭建整車剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型在虛擬路面中進(jìn)行整車動(dòng)力學(xué)分析，提取車身響應(yīng)點(diǎn)位置的加速度用于車身振動(dòng)疲勞仿真分析。
 
2.建立柔性車身動(dòng)力學(xué)模型
車身剛?cè)狁詈夏Ｐ托枰嵝曰腡B(Trimbody)車身以提取響應(yīng)點(diǎn)加速度。通過(guò)nastran計(jì)算TB(Trimbody) 車身的MNF文件(模態(tài)中性文件)，然后導(dǎo)入adams中建立柔性體車身。MNF文件是獨(dú)立的二進(jìn)制文件，包含整車質(zhì)量、慣量、質(zhì)心、縮減剛度矩陣、模態(tài)等信息。因?yàn)檐嚿砭W(wǎng)格數(shù)量很多，計(jì)算時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存要求較高。因此在建立MNF文件時(shí)為了有效提取加速度信息，縮短計(jì)算時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)不影響計(jì)算精度的情況下，采用車身plotel+響應(yīng)位置網(wǎng)格的模型組合進(jìn)行輸出。車身MNF模型如圖1所示：
 
圖1 車身MNF模型
 
3.加速度精度影響因素分析
車輛是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，影響仿真精度原因有許多。需要找到關(guān)鍵影響因子，對(duì)底盤至車身關(guān)鍵位置點(diǎn)的加速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在制作 mnf文件時(shí)，應(yīng)注意不同參數(shù)對(duì)車身加速度響應(yīng)的影響大小。
3.1 模態(tài)階數(shù)對(duì)車身加速度影響
為了保證能精確分析到所關(guān)注點(diǎn)的頻率，原則上抽取模態(tài)的最高頻率等于激勵(lì)頻率（也就是我們關(guān)注的頻率）的2-3倍。提取模態(tài)階數(shù)對(duì)車身加速度響應(yīng)影響大小如下圖2所示。紅色線表示低模態(tài)階數(shù)，藍(lán)色線表示高模態(tài)階數(shù)。
由圖2結(jié)果可以看出，增大車身模態(tài)階數(shù)，對(duì)時(shí)域信號(hào)峰值有一定的提升，從頻域信號(hào)來(lái)看，增大車身模態(tài)對(duì)于10Hz、25Hz附近的響應(yīng)幅值有明顯提升。
 
圖2 不同模態(tài)階次對(duì)加速度響應(yīng)點(diǎn)的影響
3.2 Trimbody模型大質(zhì)量點(diǎn)對(duì)車身加速度的影響
整備車身由白車身及其附件組成，附件中各個(gè)子系統(tǒng)的重量通過(guò)網(wǎng)格或質(zhì)量點(diǎn)的形式添加到白車身上。不同位置的質(zhì)量點(diǎn)對(duì)車身加速度的影響不同。圖3研究了TB模型中動(dòng)力總成有無(wú)對(duì)車身加速度響應(yīng)的影響大小。紅色為TB車身不帶有動(dòng)力總成的車身加速度仿真結(jié)果，藍(lán)色為TB車身中帶有動(dòng)力總成車身加速度仿真結(jié)果。
由圖3可以看出TB模型中動(dòng)力總成有無(wú)對(duì)加速度的影響不大，這是由于動(dòng)力總成剛度大，對(duì)整車的模態(tài)影響較小，加速度響應(yīng)差異不大。因此在車身柔性體建模時(shí)，需把影響加速度響應(yīng)的各階模態(tài)都考慮進(jìn)去。
 
圖3 前縱梁Z向加速度
3.3 襯套動(dòng)剛度
車身加速度響應(yīng)是否準(zhǔn)確與子系統(tǒng)之間的連接方式也十分相關(guān)。目前襯套的剛度模擬分為靜剛度和動(dòng)剛度兩種。圖4研究底盤同一位置襯套采用動(dòng)剛度與靜剛度后加速度響應(yīng)的結(jié)果。紅色線表示用動(dòng)剛度模擬的結(jié)果，藍(lán)色線表示用靜剛度模擬的結(jié)果。
由圖4可以看出，動(dòng)剛度襯套對(duì)前縱梁垂向加速度響應(yīng)存在影響，在頻域上差異主要集中在低頻。
 
圖4 動(dòng)靜剛度加速度差異
3.4 車身安裝點(diǎn)連接方式對(duì)車身加速度的影響
除了襯套模擬方式外，車身安裝點(diǎn)的連接方式也會(huì)影響力的傳遞。圖5分別模擬了車身與副車架剛性襯套連接、車身與副車架固定連接兩種連接方式下加速度響應(yīng)的結(jié)果。圖中紅色線為固定連接，藍(lán)色線為襯套連接。
由圖5結(jié)果可以看出兩種連接方式對(duì)車身側(cè)加速度影響幾乎無(wú)差別。這是因?yàn)槿嵝攒嚿砟軌蝮w現(xiàn)車身局部剛度，所以柔性車身與副車架剛性連接，連接方式可以為剛性襯套或者固定連接。
 
a 輪心加速度      b 車身加速度
圖5 車身安裝點(diǎn)連接方式加速度對(duì)比
 
4.精度對(duì)標(biāo)
按照上面的研究成果搭建整車剛?cè)狁詈夏Ｐ腿缦聢D6所示。采用FTire模型在3D數(shù)字路面上進(jìn)行仿真。提取底盤及車身側(cè)加速度結(jié)果，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
 
圖6 整車剛?cè)狁詈夏Ｐ?/div>
由下圖7試驗(yàn)與仿真的結(jié)果對(duì)比可以看到，仿真與試驗(yàn)的加速度時(shí)域與PSD一致性趨勢(shì)較好。經(jīng)過(guò)振動(dòng)疲勞仿真驗(yàn)證，該加速度可以很好的復(fù)現(xiàn)車身的振動(dòng)疲勞問(wèn)題。
a 輪心加速度
 
b 塔蓋加速度
圖7 試驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比
 
5.結(jié)束語(yǔ)
本文建立了帶柔體車身的剛?cè)狁詈夏Ｐ?，采用虛擬路面仿真車身側(cè)加速度，擴(kuò)大了虛擬路面的應(yīng)用范圍，建立了車身加速度PSD計(jì)算能力，通過(guò)研究車身及底盤的影響因素，提高車身柔性體的加速度PSD精度。在項(xiàng)目中進(jìn)行振動(dòng)疲勞的驗(yàn)證，能夠滿足到車身振動(dòng)疲勞分析的精度要求。
 
參考文獻(xiàn)：
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