CN102867075B - 基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，包括如下步骤：获得车身地板设计输入条件；建立CAD模型；建立有限元模型；对有限元模型进行模态CAE分析，对白车身样品进行模态试验；进行对标分析；根据对标分析的结果对有限元模型进行检查修改；根据模态CAE分析结果在有限元模型中寻找白车身地板振动位移较大的区域，在该区域中提取考察点，并对考察点进行加速度频率响应分析；根据加速度频率响应分析结果，修改地板设计输入条件，直到满足震动响应要求为止。本发明具有缩短开发时间，降低开发成本；改善整车噪声、振动与舒适性的性能；降低了有限元模型与地板样品之间的误差，设计质量高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种车身地板的优化设计方法，尤其是涉及一种可靠性高的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法。
背景技术
汽车地板是汽车车身的重要组成部分，由于汽车地板位于车身底部距离震动源很近，因此，在汽车设计之初分析汽车地板的震动性能将对提高整车的抗震性具有极其重要的影响。
中国专利公开号：CA101916322A，授权公告日2010年12月15日，公开了一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，包括步骤：从车身总布置以及造型处获得设计输入条件；通过建模软件创建CAD模型；将CAD模型进行网格划分；模拟实际情况创建连接关系；模拟车门总成实际实验时的边界约束条件；将最后生成的有限元模型进行求解分析；将有限元仿真运算得出的结果与行业标准进行比较；若得出的结论低于行业标准，则提出结构优化方案；若得出的结论高于行业标准，完成最终设计输出。该发明缩短了整个修改零件的周期，缩短了整车开发的时间，降低整车开发的成本。不足之处是，功能单一，不能对车身地板进行优化设计，并且设计过程中没有与试验数据对比进行误差控制。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的设计方法不能对车身地板进行优化设计，并且设计过程中没有与试验数据对比进行误差控制的不足，提供了一种可靠性高的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，包括以下步骤：
（1）从车身造型获得车身地板设计输入条件；
（2）根据设计输入条件对车身地板进行初步结构设计，通过建模软件建立CAD模型；
（3）将CAD模型导入CAE前处理软件中，进行网格划分，建立白车身有限元模型；
（4）对白车身有限元模型进行模态CAE分析，对白车身样品进行模态试验；对模态CAE分析与模态试验的结果进行对标分析；根据对标分析的结果对有限元模型进行检查修改；直至得到满足误差要求的有限元模型；
模态是结构的固有特性，主要包括频率、振型等特征，受到质量、刚度、阻尼等影响。零部件的模态特性对其振动影响很大，对结构的振动、噪声、疲劳强度性能息息相关，故模态CAE分析在设计开发中具有十分重要的作用。模态可以采用试验方法和数值分析方法，简称模态试验和模态CAE分析。
对标分析是对模态试验和模态CAE分析进行对照比较，包括模态频率、模态阵型等模态信息的比较。
检查修改主要是针对之前所建立的CAE模型的边界条件、模型假设等一些列特征进行重新修正，以获得更加符合实际状态的仿真模型。
（5）根据模态CAE分析结果在有限元模型中寻找白车身地板振动位移较大的区域，在该区域中提取考察点，并对考察点进行加速度频率响应分析；
加速度频率响应函数为单位激励加载激励点后，考察点加速度响应随频率的变化特性。在地板设计中考察加速度频率响应可以方便地考察设计是否有利于车身的振动噪声性能。
（6）根据加速度频率响应分析结果，修改地板设计输入条件，直到满足震动响应要求为止。
本发明主要帮助车身地板设计人员迅速确定车身地板设计薄弱点，找到可能影响车身地板振动噪声性能的设计薄弱之处，以更好更快地进行车身设计。缩短开发时间，降低开发成本。
作为优选，所述网格划分的单位为壳单元；所述步骤（3）中还包括如下步骤：
（2-1）给有限元模型的网格模型赋予白车身零部件材料和白车身零部件厚度的属性；
（2-2）依据CAD连接关系，对赋予属性后的网格模型进行装配，焊接采用焊点单元、螺栓采用刚性单元。
作为优选，所述步骤（4）中包括如下步骤：
（3-1）在CAE软件里对白车身有限元模型进行模态CAE分析，获取白车身模态频率及振型；
（3-2）采用单点激励、多点拾振的方法进行模态试验，采用模态识别方法，获取白车身模态试验频率以及振型；
（3-3）分别对白车身模态频率及振型和白车身模态试验频率以及振型进行对标分析；
（3-4）根据对标分析结果，对有限元模型进行修改。
作为优选，所述的步骤（5）中的加速度频率响应分析采用Nastran 111求解器里，包括以下分析步骤：
（4-1）采用10～200Hz的宽带白噪声对考察点进行激励；
（4-2）输出考察点的三方向加速度响应。
作为优选，所述模态识别方法为polymax法。
作为优选，误差要求为误差范围≤5%。
作为优选，建模软件为CATIA建模软件。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）缩短开发时间，降低开发成本；（2）改善了整车噪声、振动与舒适性的性能；使乘员及行人感觉车内及车外振动较低且声音悦耳；（3）在地板设计过程中将有限元模型的模态CAE分析数据与模态试验数据进行对标分析，降低了有限元模型与地板样品之间的误差，设计质量高。
附图说明
图1是本发明的一种流程图；
图2是本发明的一种有限元模型图；
图3是本发明的地板局部模态阵型图；
图4是本发明的地板考察点频率响应函数。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示的实施例是一种基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，包括以下步骤：
（1）依据车身造型以及车身布置数据，获得车身地板设计输入条件；
（2）根据设计输入条件，对车身地板进行初步结构设计，通过CATIA软件建立CAD模型；
（3）对建立好的CAD模型进行网格划分，建立白车身有限元模型；得到如图2所示的有限元模型。具体过程为：
将CAD模型导入到带有CAD结构的有限元前处理软件中，前处理软件可以采用Hypermesh；
对数据进行网格划分，单元类型采用壳单元；
对上述划分好的壳单元赋予相应的材料和厚度属性；
对白车身模型进行模型装配，点焊采用ACM单元模拟，缝焊和二保焊采用刚性单元模拟。
（4）利用Nastran 103求解器对白车身模型进行模态CAE分析，可以获取如图3所示的模态结果，包括模态频率、模态振型等信息。
对白车身样品进行模态试验，试验方法采用单点激励、多点拾振方法，并且模态采用LMS PolyMax方法进行提取，试验各阶模态要求有较高的正交性；对模态CAE分析与模态试验的结果进行对标分析，对标内容包括模态频率差别和模态振型相关性程度（依据模态置信准则进行计算）两项。根据对标分析的结果对有限元模型进行检查修改；直至得到频率误差≤5%、MAC≥85%的有限元模型；
（5）根据模态CAE分析结果在有限元模型中寻找白车身地板振动位移较大的区域，如图4所示，圆圈区域为重点关注区域。在该区域中提取考察点，并对考察点进行加速度频率响应分析，频率响应分析可以利用Nastran 111求解器进行求解，输出考察量为关注点的加速度响应进行考察。其中考察点1在目标线以下，满足要求，其余两点在目标线以上，不满足要求。
（6）根据加速度频率响应分析结果，修改地板设计输入条件，直到满足振动响应要求为止。可以采取的措施包括，在考察点附近增加加强筋、增加板材厚度以及增加阻尼材料厚度等。
应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）从车身造型获得车身地板设计输入条件；
（2）根据设计输入条件对车身地板进行初步结构设计，通过建模软件建立CAD模型；
（3）将CAD模型导入CAE前处理软件中，进行网格划分，建立白车身有限元模型；所述网格划分的单位为壳单元；给有限元模型的网格模型赋予白车身零部件材料和白车身零部件厚度的属性；依据CAD连接关系，对赋予属性后的网格模型进行装配，焊接采用焊点单元、螺栓采用刚性单元；
（4）对白车身有限元模型进行模态CAE分析，对白车身样品进行模态试验；对模态CAE分析与模态试验的结果进行对标分析；根据对标分析的结果对有限元模型进行检查修改；直至得到满足误差要求的有限元模型；
（5）根据模态CAE分析结果在有限元模型中寻找白车身地板振动位移较大的区域，在该区域中提取考察点，并对考察点进行加速度频率响应分析；
（6）根据加速度频率响应分析结果，修改地板设计输入条件，直到满足震动响应要求为止。
2.根据权利要求1所述的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，其特征是，所述步骤（4）中包括如下步骤：
（2-1）在CAE软件里对白车身有限元模型进行模态CAE分析，获取白车身模态频率及振型；
（2-2）采用单点激励、多点拾振的方法进行模态试验，采用模态识别方法，获取白车身模态试验频率以及振型；
（2-3）分别对白车身模态频率及振型和白车身模态试验频率以及振型进行对标分析；
（2-4）根据对标分析结果，对有限元模型进行修改。
3.根据权利要求1所述的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，其特征是，所述的步骤（5）中的加速度频率响应分析采用Nastran 111求解器，包括以下分析步骤：
（3-1）采用10～200Hz的宽带白噪声对考察点进行激励；
（3-2）输出考察点的三方向加速度响应。
4.根据权利要求2所述的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，其特征是，所述模态识别方法为polymax法。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，其特征是，误差要求为误差范围≤5%。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的基于加速度频率响应分析的车身地板优化设计方法，其特征是，建模软件为CATIA建模软件。
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