汽車在行駛的過程中，由于路面激勵(lì)范圍一般在20Hz以下，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速750r/min對(duì)應(yīng)二次發(fā)火頻率為25Hz，如果整車的一階彎曲模態(tài)頻率又剛好接近25Hz，整車就會(huì)由于共振出現(xiàn)大幅值的振動(dòng)響應(yīng)以及噪音響應(yīng)， 嚴(yán)重影響汽車NVH性能。為了達(dá)到良好的避頻，我們一般向上避開激勵(lì)頻率3 Hz以上，保證整車一階彎曲模態(tài)頻率至少達(dá)到28Hz.（對(duì)于最近流行的電動(dòng)車，由于沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)，主來的激勵(lì)來源變成路面以及電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)）。

我們知道結(jié)構(gòu)的共振頻率是結(jié)構(gòu)的固有屬性，它由結(jié)構(gòu)的剛度與質(zhì)量共同決定，剛度越大，結(jié)構(gòu)的固有頻率越高；質(zhì)量越小，結(jié)構(gòu)的固有頻率也越高。它們的關(guān)系可以簡單表示為：



為了使汽車一階彎曲模態(tài)頻率控制到 28Hz 以上，我們可以通過以下手段：

減重，采用板件厚度靈敏度分析手段降低整車的質(zhì)量（減少質(zhì)量 m）；
優(yōu)化鈑金件形貌，改善加強(qiáng)筋分布，更改材料，增加支撐等方式提高結(jié)構(gòu)的剛度（提高車身剛度 k）；
使質(zhì)量塊盡量安裝在彎曲模態(tài)節(jié)點(diǎn)附近（減少模態(tài)參與質(zhì)量）；
加阻尼 - 質(zhì)量塊抑制振動(dòng)等等......

在NVH性能開發(fā)前期，我們會(huì)把車身彎曲剛度分析放在白車身上進(jìn)行（而不是放在內(nèi)飾車身或者整車上進(jìn)心），這是由于白車身是整車和內(nèi)飾車身的基礎(chǔ)，所有的部件最終都在這個(gè)基礎(chǔ)上安裝，白車身的彎曲剛度性能的好壞決定整車的性能。在這里我們注意到，白車身彎曲剛度性能是一個(gè)很重要的NVH性能指標(biāo)，它直接影響到一階彎曲模態(tài)的頻率值。到現(xiàn)在我們知道為什么在開發(fā)整車NVH性能的時(shí)候要對(duì)汽車進(jìn)行白車身彎曲剛度分析了吧？

BIW彎曲剛度性能指標(biāo)：

對(duì)于不同的車型，白車身彎曲剛度的范圍一般不同，
帶前擋風(fēng)玻璃經(jīng)濟(jì)型轎車，其白車身彎曲剛度范圍：8000 ~ 12000N/mm；
帶前擋風(fēng)玻璃中高級(jí)轎車，其白車身彎曲剛度范圍：10000 ~ 16000N/mm;
帶前擋風(fēng)玻璃SUV，其白車身彎曲剛度范圍：8000 ~ 14000N/mm.

仿真分析邊界條件：
在性能開發(fā)的過程中，一般仿真結(jié)果都需要與標(biāo)桿車，樣車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)。也就是說，為了保證仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)標(biāo)精度，仿真過程中設(shè)定的邊界條件需要與實(shí)驗(yàn)過程中的保持一致。

一般，對(duì)于白車身彎曲剛度實(shí)驗(yàn)過程，我們會(huì)約束前懸安裝點(diǎn)處1，2，3自由度(x, y, z 三個(gè)方向的平動(dòng))，而在后懸安裝點(diǎn)處約束所有自由度，然后在門檻梁兩側(cè)前后懸安裝點(diǎn)x向的中點(diǎn)位置，施加2500N 的垂直向下的力。

所以在仿真分析過程，對(duì)應(yīng)的分析邊界條件為（如下圖所示）：

使用constraints - SPC約束前懸支撐桿末端1~3自由度（如下圖藍(lán)色三角形所示）；
使用constraints -SPC約束后懸支撐桿末端1~6自由度（如下圖藍(lán)色三角形所示）；
使用forces在門檻梁兩側(cè)上前后懸安裝點(diǎn)x向的中點(diǎn)位置Z向各施加 -2500N載荷（如紫色箭頭所示）；



仿真分析工況：

對(duì)于剛度類分析，采用的計(jì)算方式為靜態(tài)力學(xué)，簡單說就是在模型施加一個(gè)力 F，求解在該載荷下結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng) d，通過公式 k=F/D 即可計(jì)算出結(jié)構(gòu)的等效靜態(tài)剛度值 k.

詳細(xì)設(shè)置：

loadsteps 選擇分析類型type 為 linear static（靜力分析）,附上SPC與LOAD；
在control card - global_output_request上選擇輸出位移(dis)與應(yīng)力響應(yīng)(stress)結(jié)果；
在control card - sol上選擇statics;
在control card - param上選擇autospc : yes, post : -1;

詳細(xì)的分析程序代碼如下圖所示：



計(jì)算結(jié)果后處理：

把計(jì)算模型提交給 Nastran 計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果如下圖所示：



有計(jì)算結(jié)果看到，門檻梁兩側(cè)前后懸安裝點(diǎn)x向的中點(diǎn)位置的Z向位移響應(yīng)為：

D1 = -0.46558 mm;
D2 = -0.45136 mm.

平均位移響應(yīng)為：D = -0.45847 mm

所以該車型在優(yōu)化前，白車身彎曲剛度:k = F/D = (2500*2)/0.45847 = 10906N/mm

在整個(gè)分析過程中，約束的邊界條件是施加在前后懸支撐桿上，如果我們想得到純白車身的彎曲剛度，我們需要把支撐桿的Z向位移考慮進(jìn)去，簡單來說，就是把門檻梁平均位移減去支撐桿的Z向位移即可。