CN102831277A - 一种车辆trimmedbody有限元模型模态识别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，通过NASTRAN软件首先分析车辆TRIMMEDBODY模型的模态。然后从结果中提取所需参数，按照扭转模态柔度和弯曲柔度的公式分别计算各阶模态的模态柔度，并比较模态柔度百分比，进而识别出主要振型。高效的在数百阶车辆TREMMEDBODY有限元仿真模型振动云图中识别一阶扭转模态和一阶弯曲模态。

Description

一种车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法

技术领域

本发明涉及一种车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法。

背景技术

车辆TRIMMEDBODY结构是指车辆去除动力总成系统、悬架系统、车轮、排气系统等所有通过软连接与白车身连接的部件以后的结构总体。剩余附件结构多数没有对整车刚度的明显贡献，必须连接在车身上通过车身结构支撑。工程研究中，尤其是车辆NVH(振动、噪声，舒适性)性能设计中，将车身和这部分附件独立出来称为TRIMMEDBODY结构。使用有限元仿真分析方法对车辆TRIMMEDBODY模型进行NVH分析包括了所有的车身内外饰附件质量，另外还有一些车辆子系统部件，包括发动机盖、行李箱盖、后背门、侧门、备胎、座椅系统、转向管柱系统等所有具有明显质量贡献的零部件。由于TRIMMEDBODY结构是整车噪声振动的传递路径和接受体，对车辆的模态分布、车辆的NVH性能、顾客的感受都有明显的影响，所以在车辆的开发过程中显得十分的重要。

在车辆开发初期车辆的NVH性能通过CAE建立的有限元模型进行仿真分析研究。由于TRIMMEDBODY模型包括了所有的车身附件质量、转动惯量、局部刚度，是所有前期分析中最详实具体、数据最完善的仿真分析模型，最接近车辆的实车状态，通过对车辆TRIMMEDBODY模型仿真分析可以得到最接近真实车辆的模态分布和振动噪声传递函数，可以评判结构是否满足设计要求，以及如何进行结构修改使得车辆的最终NVH性能得到顾客的认可，从而提升产品的购买力。在TRIMMEDBODY模态分析中设计人员最关心的两个模态振型是一阶扭转和一阶弯曲模态。由于TRIMMEDBODY模型是在BIW(白车身)模型上增加了全部附件质量，使得相较于BIW模型，前者的模态密度骤增，以某款车型为例在100Hz内有200多阶模态。在众多的模态中找到设计中最关注的一阶弯曲和一阶扭转模态变得非常困难，工程设计中常用的方法存在如下缺点：

(1)单纯依靠在有限元后处理软件中查看振型，由于TRIMMEDBODY模型包含零部件数量众多，模态密集，通过工程分析人员查看辨别振型可行性不高，即使工程经验非常丰富的工程师也很难准确辨别；

(2)通过传递函数查找模态，由于对同一点的响应的贡献模态阶数过多，所以很容易混乱目标模态的影响，进而影响模态的查找。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，在车辆有限元仿真分析中帮助设计人员完成车辆一阶扭转模态和一阶弯曲模态的识别。基于任意有限元模态分析软件，并从中提取相关参数计算模态柔度及模态柔度百分比，从而识别关键模态。

通过有限元分析软件首先分析车辆TRIMMEDBODY模型的模态，然后从结果中提取所需参数，按照扭转模态柔度和弯曲柔度的公式分别计算各阶模态的模态柔度，并比较模态柔度百分比，进而识别出主要振型。

某款车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的具体技术方法，采用如下步骤：

(1)通过软件分析车辆TRIMMEDBODY模型的模态；

(2)从步骤(1)的分析结果中提取各阶模态质量M_R和模态频率f_R；

(3)在TRIMMEDBODY模型的前部、中部、后部，分左右两侧分别选取考察点1、2、5、6、3、4，共六个点；

(4)从步骤(1)的分析结果中提取六个点的模态振型分别为ψ₁、ψ₂、ψ₅、ψ₆、ψ₃、ψ₄；

(5)测量模型尺寸，包括前部左右两侧尺寸(即点1和点2的距离)W₁₂和后部左右两侧尺寸(即点3和点4的距离)W₃₄，模型前半部分长度(即点1和点5距离或者点2和点6距离)L₁和模型后半部分长度(即点5和点3距离或者点6和点4距离)L₂；

(6)按照公式分别计算各阶模态的扭转模态柔度C_Torsionel和弯曲模态柔度C_Bending，其中

$C_{\mathrm{Torsionel}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{\frac{{\mathrm{\ψ}}_1-{\mathrm{\ψ}}_2}{W_{12}}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_3-{\mathrm{\ψ}}_4}{W_{34}}\}}^2$

$C_{\mathrm{Bending}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{\frac{{\mathrm{\ψ}}_5+{\mathrm{\ψ}}_6}{2}-\frac{L_2\left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_2}{2}\right)+L_1\left(\frac{{\mathrm{\ψ}}_2+{\mathrm{\ψ}}_4}{2}\right)}{L_1+L_2}\}}^2$

(7)分别计算各阶模态柔度占柔度总和的百分比即模态柔度百分比；

(8)分别识别出扭转和弯曲模态柔度百分比最高的两阶振型对应一阶扭转和一阶弯曲模态。

具体技术方案如下：

一种车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，采用如下步骤：(1)通过软件分析车辆TRIMMEDBODY模型的模态；(2)从上步骤的分析结果中提取所需参数；(3)按照扭转模态柔度公式和弯曲柔度公式分别计算各阶模态的模态柔度；(4)比较模态柔度百分比；(5)识别出主要振型。

进一步地，步骤(1)中所述软件为NASTRAN软件。

进一步地，步骤(1)中得到分析的结果文件，步骤(2)中从结果文件中提取模态柔度计算中所需的参数。

进一步地，步骤(2)中所述参数包括：模态质量M_R，模态频率f_R，模态振型ψ₁、ψ₂、ψ₃、ψ₄、ψ₅、ψ₆，模型几何参数L₁、L₂、W₁₂、W₃₄。

进一步地，步骤(3)进一步为：车辆TRIMMEDBODY的各阶模态的扭转柔度C_lst-tors和弯曲柔度C_R-Mode采用公式：

$C_{\mathrm{lst}-\mathrm{tors}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{\frac{{\mathrm{\ψ}}_1-{\mathrm{\ψ}}_2}{W_{12}}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_3-{\mathrm{\ψ}}_4}{W_{34}}\}}^2$

$C_{R-\mathrm{Mode}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{{\mathrm{\ψ}}_C-\frac{L_2{\mathrm{\ψ}}_F+L_1{\mathrm{\ψ}}_R}{L_1+L_2}\}}^2$

求取。

进一步地，步骤(4)进一步为：求取个模态柔度值在总的模态贡献量中所占的百分比。

进一步地，步骤(5)进一步为：对比百分比较大的模态的振型，完成对车辆的一阶扭转模态和一阶弯曲模态的识别。

与目前现有技术相比，本发明高效的在数百阶车辆TREMMEDBODY有限元仿真模型振动云图中识别一阶扭转模态和一阶弯曲模态。

具体来说：

1．科学性：本方法由模态贡献分析理论推导而来，方法有科学理论依据，且模态贡献理论早已经过多年的模态分析研究及工程应用验证。

2．高效性：本方法节省了车辆设计人员在识别TRIMMEDBODY模态中反复比对数百阶模态的精力、时间，提高了对一阶扭转模态和一阶弯曲模态的识别准确度，极大提高了此项工作的效率。

3．可行性：本方法是基于有限元工程分析中的软件NASTRAN分析结果建立的方法，NASTAN为工程常用的分析软件，提取结果方便易行，具有良好的操作性。

附图说明

图1为本发明TRIMMEDBODY模型参数分析示意图1

图2为本发明TRIMMEDBODY模型参数分析示意图2

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

应用NASTRAN软件分析某款车型TRIMMEDBODY模型模态，从有限元模型文件中提取几何尺寸参数为：

从结果文件提取模态质量、模态频率及模态振型并计算柔度结果为

最后各自对比得到百分比较大的模态振型，即44.4Hz为一阶扭转模态，61.3Hz为弯曲模态。

应用NASTRAN软件分析TRIMMEDBODY有限元模型，得到分析的结果文件，从结果文件中提取模态柔度计算中所需的参数，包括：模态质量M_R，模态频率f_R，模态振型ψ₁、ψ₂、ψ₃、ψ₄、ψ₅、ψ₆，模型几何参数L₁、L₂、W₁₂、W₃₄。运用下述公式求取车辆TRIMMEDBODY的各阶模态的扭转柔度C_lst-tors和弯曲柔度C_R-Mode。之后求取个模态柔度值在总的模态贡献量中所占的百分比。最后对比百分比较大的模态的振型，便可以完成对车辆的一阶扭转模态和一阶弯曲模态的识别。

$C_{\mathrm{lst}-\mathrm{tors}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{\frac{{\mathrm{\ψ}}_1-{\mathrm{\ψ}}_2}{W_{12}}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_3-{\mathrm{\ψ}}_4}{W_{34}}\}}^2$

$C_{R-\mathrm{Mode}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{{\mathrm{\ψ}}_C-\frac{L_2{\mathrm{\ψ}}_F+L_1{\mathrm{\ψ}}_R}{L_1+L_2}\}}^2$

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，采用如下步骤：

(1)通过软件分析车辆TRIMMEDBODY模型的模态；

(2)从步骤(1)的分析结果中提取所需参数；

(3)按照扭转模态柔度公式和弯曲柔度公式分别计算各阶模态的模态柔度；

(4)比较模态柔度百分比；

(5)识别出主要振型。

2.如权利要求1所述的车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，步骤(1)中所述软件为NASTRAN软件。

3.如权利要求1或2所述的车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，步骤(1)中得到分析的结果文件，步骤(2)中从结果文件中提取模态柔度计算中所需的参数。

4.如权利要求1或2所述的车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，步骤(2)中所述参数包括：模态质量M_R，模态频率f_R，模态振型ψ₁、ψ₂、ψ₃、ψ₄、ψ₅、ψ₆，模型几何参数L₁、L₂、W₁₂、W₃₄。

5.如权利要求1-4中任一项所述的车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，步骤(3)进一步为：车辆TRIMMEDBODY的各阶模态的扭转柔度C_lst-tors和弯曲柔度C_R-Mode采用公式：

$C_{\mathrm{lst}-\mathrm{tors}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{\frac{{\mathrm{\ψ}}_1-{\mathrm{\ψ}}_2}{W_{12}}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_3-{\mathrm{\ψ}}_4}{W_{34}}\}}^2$

$C_{R-\mathrm{Mode}}=\frac{1}{M_R{\left(2\mathrm{\π}{f}_R\right)}^2}{\{{\mathrm{\ψ}}_C-\frac{L_2{\mathrm{\ψ}}_F+L_1{\mathrm{\ψ}}_R}{L_1+L_2}\}}^2$

求取。

6.如权利要求1-5中任一项所述的车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，步骤(4)进一步为：求取个模态柔度值在总的模态贡献量中所占的百分比。

7.如权利要求1-6中任一项所述的车辆TRIMMEDBODY有限元模型模态识别的方法，其特征在于，步骤(5)进一步为：对比百分比较大的模态的振型，完成对车辆的一阶扭转模态和一阶弯曲模态的识别。

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