CN104933211A - 整备车身弯扭模态识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种整备车身弯曲模态识别方法，包括：获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点上施加同向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述同向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为弯曲模态识别曲线；根据所述各阶模态的模态振型查找所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态。根据本发明的整备车身弯曲模态识别方法，弯曲模态的识别更为精确，不易发生误判。
Description
技术领域
本发明涉及整备车身模型的仿真分析技术领域，特别是涉及一种整备车身弯扭模态识别方法。
背景技术
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
在整车NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）开发中，整备车身的弯曲、扭转模态都是需关注的重要模态。整备车身模态分析可以在有限元分析软件中进行，以此可以获得整备车身的分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型，通过有限元分析软件获得的模态振型通常是以动画文件的形式存在，通过观察这些模态振型的动画，可以辨别出任一模态振型所属的模态的存在形式，即弯曲模态、局部弯曲模态、扭转模态及局部扭转模态；其中，整备车身呈整体弯曲状态的模态振型所属的模态为弯曲模态，相应地整备车身呈整体扭转状态的模态振型所属的模态为扭转模态；对应地，整备车身呈局部弯曲状态（例如只有后厢盖或地板发生弯曲）的模态振型所属的模态为局部弯曲模态，相应地整备车身呈局部扭转状态（例如只有后厢盖或地板发生扭转）的模态振型所属的模态为局部扭转模态。
通常，将弯曲模态中对应的频率最小的一阶模态称为第一阶弯曲模态，将弯曲模态中对应的频率第二小的一阶模态称为第二阶弯曲模态，依此类推；同理，将扭转模态中对应的频率最小的一阶模态称为第一阶扭转模态，将扭转模态中对应的频率第二小的一阶模态称为第一阶扭转模态，依此类推。
然而在整备车身的仿真分析中，经常会出现在整备车身的弯曲、扭转模态中夹杂局部模态（弯曲局部模态和扭转局部模态）的情况，给模态的识别带来一定的困难。
目前，在仿真分析中对整备车身弯曲、扭转模态的识别，行业内通常是通过在分析结果中观察其各阶模态振型的动画文件，反复查找和对比各阶模态的特性，最终提取出该车型的整备车身模态。该项工作对工程师的整车分析经验和技术能力都要求很高，而且提取过程时间花费很大。
从模态参数识别的实验方法中可以了解到，在识别模态时除了观察测试软件生成的各阶模态振型以外，也经常会协助于原始的频率响应函数，因为频响函数曲线中的每个波峰，可以代表一阶模态的存在。
收录在Altair2009技术大会论文集中的名称为《整备车身典型模态识别方法》的论文中提及了两种不同的整备车身模型弯扭模态识别方法，分别是四点法和二十四点法。
在《整备车身典型模态识别方法》中提及的二十四点法中，对整备车身弯曲模态的识别，其激励点分别为前后保险杠上对称的四个点，且方向均为同向，这样就导致在识别第一阶弯曲模态时，出现遗漏现象。因为，在整备车身的弯曲模态中，主要有弧形弯曲模态和S型弯曲模态两种弯曲模态振型。而且是哪一阶弯曲模态的频率更低哪一阶为整备车身的第一阶弯曲模态。在整备车身中，S型弯曲模态为第一阶模态的情况经常存在。
但是如果用论文中提及的方法识别，会导致S型弯曲模态遗漏。因为在S型弯曲模态中，《整备车身典型模态识别方法》中提及的1、2点（前端保险杠上的点）相位相反，且3、4点（后端保险杠上的点）相位也相反，这样会导致在频率响应曲线中，S型弯曲模态对应频率的波峰幅值下降甚至相抵消失。这样识别曲线中就遗漏了该S型弯曲模态，而该S型弯曲模态又有可能是第一阶弯曲模态（当其对应的频率低于弧形弯曲模态对应的频率时），由此可能造成整备车身模态识别的误判。
在《整备车身典型模态识别方法》中涉及的四点法存在步骤繁琐的情况。在该方法中，其识别曲线为输出点的实部响应曲线（即以频率为横坐标，以响应值的实部为纵坐标的频率响应曲线），并且运用到了很多曲线的特性来识别弯曲和扭转模态，例如在判断某阶模态是否扭转模态时，需要判断前端两点和后端两点是否响应值（实部响应曲线）相反或相同，并且经常需要将四条曲线互相对比进行模态识别，识别过程比较繁琐。
且在《整备车身典型模态识别方法》涉及的四点法中，最容易发生误判的情况是，该方法完全利用识别曲线及其特性查找出整备车身的第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态，依据单一，易发生误判和遗漏现象。另外，其使用的模态识别曲线为实部响应曲线，识别过程繁琐复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有的整备车身模型弯扭模态识别方法易发生模态误判的缺陷，提供一种整备车身弯曲模态识别方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，提供一种整备车身弯曲模态识别方法，所述方法包括：
获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；
在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点上施加同向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述同向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为弯曲模态识别曲线；
根据所述各阶模态的模态振型查找所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态。
进一步地，计算得到的所述两个激振点在所述同向的激振力下的频率响应曲线为幅值响应曲线。
进一步地，从识别出的预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态中找出所述整备车身的第一阶弯曲模态。
进一步地，所述两个激振点选取在所述整备车身的左右前纵梁的前端或者是前保险杠上的两个呈左右对称的位置上，所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值为计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线的重合峰值。
进一步地，所述预设频率段为0-50Hz。
根据本发明的整备车身弯曲模态识别方法，在得到弯曲模态识别曲线后，没有直接依据所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值来识别整备车身的弯曲模态，而是根据先前获得的所述各阶模态的模态振型查找所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态，从识别中的所有弯曲模态中根据其频率的大小，可以找出我们所需要的一阶弯曲模态（例如第一阶弯曲模态），因而，相较于现有技术，不会遗漏预设频率段下的任一阶的弯曲模态，弯曲模态的识别更为精确，不会发生误判。
另外，本发明还提供了一种整备车身扭转模态识别方法，所述方法包括：
获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；
在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点上施加反向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述反向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为扭转模态识别曲线；
根据所述各阶模态的模态振型查找所述扭转模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体扭转状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态。
进一步地，计算得到的所述两个激振点在所述反向的激振力下的频率响应曲线为幅值响应曲线。
进一步地，所述两个激振点选取在所述整备车身的左右前纵梁的前端或者是前保险杠上的两个呈左右对称的位置上，所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值为计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线的重合峰值。
进一步地，从识别出的预设频率段下的整备车身的所有扭转模态中找出所述整备车身的的第一阶扭转模态。
根据本发明的整备车身扭转模态识别方法，在得到扭转模态识别曲线后，没有直接依据所述扭转模态识别曲线上的各个峰值来识别整备车身的扭转模态，根据所述各阶模态的模态振型查找所述扭转模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体扭转状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态，，从识别中的所有扭转模态中根据其频率的大小，可以找出我们所需要的一阶扭转模态（例如第一阶扭转模态），因而，相较于现有技术，不会遗漏预设频率段下的任一阶的扭转模态，扭转模态的识别更为精确，不会发生误判。
另外，本发明还提供了一种整备车身弯扭模态识别方法，所述方法包括：
按照上述的整备车身弯曲模态识别方法识别出整备车身的弯曲模态；
按照上述的整备车身扭转模态识别方法识别出整备车身的扭转模态。
根据本发明的整备车身弯扭模态识别方法，采用上述的整备车身弯曲模态识别方法及上述的整备车身扭转模态识别方法来识别整备车身的弯曲及扭转模态，弯曲及扭转模态的识别更为精确，不会遗漏预设频率段下的任一阶的弯曲模态和扭转模态，不会发生误判。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的整备车身弯曲模态识别方法的流程框图；
图2是依据本发明一实施例提供的整备车身弯曲模态识别方法所获得的弯曲模态识别曲线的示意图；
图3是本发明一实施例提供的整备车身扭转模态识别方法的流程框图；
图4是依据本发明一实施例提供的整备车身扭转模态识别方法所获得的扭转模态识别曲线的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明一实施例提供的整备车身弯曲模态识别方法包括如下步骤：
101、获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；。整备车身的有限元分析模型可以利用有限元分析软件Hypermesh或ANSYS预先建立，或者是直接利用已经建立好的整备车身的有限元分析模型。获得整备车身的有限元分析模型的各阶模态的模态振型可以在NASTRAN等类似的软件中进行。
以NASTRAN为例，“获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型”具体为，利用NASTRAN求解器求出整备车身的有限元分析模型预设频率段的各阶模态的模态振型，以得到预设频率段的各阶模态的模态振型的动画文件，优选地，上述预设频率段为0-50Hz。在0-50Hz的频率范围内，得到的模态振型动画文件大约记录了几十阶至上百阶模态振型。设置0-50Hz的频率段，在保证不遗漏模态的情况下可以有效地减少模态阶数，这样使得模态振型动画文件的体积不至于太大，减少了计算量。
102、在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点（设为1点和2点）上施加同向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述同向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为弯曲模态识别曲线。在计算得出所述两个激振点在所述激振力下的频率响应曲线时，其频率计算范围为0-150Hz，0-150Hz频率段包含了预设的关心频率段（0-50HZ），这样可以保证计算的精度。优选地，计算得到的所述两个激振点在所述同向的激振力下的频率响应曲线均为如图2所示的幅值响应曲线（即以频率为横坐标，以响应值的幅值为纵坐标的频率响应曲线），且所述两个激振点选取在所述整备车身的左右前纵梁的前端或者是前保险杠上的两个呈左右对称的位置上，因而两个激振点1点和2点在车身的横向上基本是对称的。这样，如图2所示，所述两个激振点1点和2点在所述激振力下的频率响应曲线基本保持一致，即两个激振点1点和2点各自位置的频率响应曲线基本重合。因而，优选地，如图2所示，所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值选择为计算得出的两个激振点1点和2点处的两条频率响应曲线的重合峰值。图2中实线表示激振点2处的频率响应曲线，虚线表示激振点1处的频率响应曲线。图2中横坐标为频率，其单位为Hz，纵坐标为激振点响应值，其单位为（m/s2）/N。
103、根据所述各阶模态的模态振型查找所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态。例如，在图2所示的弯曲模态识别曲线中，两个激振点1点和2点处的两条频率响应曲线的重合峰值基本上发生在15.7Hz、17.9Hz、21.0Hz、26.3Hz、31.8Hz及38Hz，因而，根据先前获得的所述各阶模态的模态振型查找15.7Hz、17.9Hz、21.0Hz、26.3Hz、31.8Hz及38Hz处的模态振型，并在15.7Hz、17.9Hz、21.0Hz、26.3Hz、31.8Hz及38Hz处的模态振型中找出整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态。从识别出的预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态中，找出其对应的频率最小的一阶弯曲模态，这样便找出了所述整备车身的第一阶弯曲模态。当然，对识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态依据其所对应的频率大小进行排序，可以得到第二阶弯曲模态，依此类推。在图2所示的实施例中，最终识别的第一阶弯曲模态为26.3Hz频率所对应的那一阶弯曲模态。当然，若要识别出更多阶的弯曲模态，需要将预设的频率段范围扩大。
根据本发明上述实施例的整备车身弯曲模态识别方法，在得到弯曲模态识别曲线后，没有直接依据所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值来识别整备车身的弯曲模态，而是根据先前获得的所述各阶模态的模态振型查找所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态，从识别中的所有弯曲模态中根据其频率的大小，可以找出我们所需要的一阶弯曲模态（例如第一阶弯曲模态），因而，相较于现有技术，不会遗漏预设频率段下的任一阶的弯曲模态，弯曲模态的识别更为精确，不会发生误判。如图3所示，本发明一实施例提供的整备车身扭转模态识别方法包括如下步骤：
201、获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；。整备车身的有限元分析模型可以利用有限元分析软件Hypermesh或ANSYS预先建立，或者是直接利用已经建立好的整备车身的有限元分析模型。获得整备车身的有限元分析模型的各阶模态的模态振型可以在NASTRAN等类似的软件中进行。
以NASTRAN为例，“获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型”具体为，利用NASTRAN求解器求出整备车身的有限元分析模型预设频率段的各阶模态的模态振型，以得到预设频率段的各阶模态的模态振型的动画文件，优选地，上述预设频率段为0-50Hz。在0-50Hz的频率范围内，得到的模态振型动画文件大约记录了几十阶至上百阶模态振型。设置0-50Hz的频率段，在保证不遗漏模态的情况下可以有效地减少模态阶数，这样使得模态振型动画文件的体积不至于太大，减少了计算量。
202、在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点（设为1点和2点）上施加反向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述反向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为扭转模态识别曲线。在计算得出所述两个激振点在所述激振力下的频率响应曲线时，其频率计算范围为0-150Hz，0-150Hz频率段包含了预设的关心频率段（0-50HZ），这样可以保证计算的精度。优选地，计算得到的所述两个激振点在所述反向的激振力下的频率响应曲线均为如图4所示的幅值响应曲线，且所述两个激振点1点和2点选取在所述整备车身的左右前纵梁的前端或者是前保险杠上的两个呈左右对称的位置上，因而两个激振点1点和2点在车身的横向上基本是对称的。这样，如图4所示，所述两个激振点1点和2点在所述激振力下的频率响应曲线基本保持一致，即两个激振点1点和2点各自位置的频率响应曲线基本重合。因而，优选地，如图4所示，所述扭转模态识别曲线上的各个峰值选择为计算得出的两个激振点1点和2点处的两条频率响应曲线的重合峰值。图4中实线表示激振点1处的频率响应曲线，虚线表示激振点2处的频率响应曲线。图4中横坐标为频率，其单位为Hz，纵坐标为激振点响应值，其单位为（m/s2）/N。
203、根据所述各阶模态的模态振型查找所述扭转模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体扭转状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态。例如，在图4所示的扭转模态识别曲线中，两个激振点1点和2点处的两条频率响应曲线的重合峰值基本上发生在23.8Hz、27.6Hz、28.8Hz、32.4Hz及34.5Hz，因而，根据先前获得的所述各阶模态的模态振型查找23.8Hz、27.6Hz、28.8Hz、32.4Hz及34.5Hz处的模态振型，并在23.8Hz、27.6Hz、28.8Hz、32.4Hz及34.5Hz处的模态振型中找出整备车身呈整体扭转状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态。从识别出的预设频率段下的整备车身的所有扭转模态中，找出其对应的频率最小的一阶扭转模态，这样便找出了所述整备车身的第一阶扭转模态。当然，对识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态依据其所对应的频率大小进行排序，可以得到第二阶弯曲模态，依此类推。当然，若要识别出更多阶的弯曲模态，需要将预设的频率段范围扩大。
根据本发明上述实施例的整备车身扭转模态识别方法，在得到扭转模态识别曲线后，没有直接依据所述扭转模态识别曲线上的各个峰值来识别整备车身的扭转模态，根据所述各阶模态的模态振型查找所述扭转模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体扭转状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态，，从识别中的所有扭转模态中根据其频率的大小，可以找出我们所需要的一阶扭转模态（例如第一阶扭转模态），因而，相较于现有技术，不会遗漏预设频率段下的任一阶的扭转模态，扭转模态的识别更为精确，不会发生误判。
另外，本发明一实施例还提供了一种整备车身弯扭模态识别方法，所述方法包括：
按照上述实施例的整备车身弯曲模态识别方法识别出整备车身的弯曲模态；
按照上述实施例的整备车身扭转模态识别方法识别出整备车身的扭转模态。
根据本发明的整备车身弯扭模态识别方法，采用上述实施例的整备车身弯曲模态识别方法及上述实施例的整备车身扭转模态识别方法来识别整备车身的弯曲及扭转模态，弯曲及扭转模态的识别更为精确，不会遗漏预设频率段下的任一阶的弯曲模态和扭转模态，不会发生误判。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种整备车身弯曲模态识别方法，其特征在于，所述方法包括：
获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；
在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点上施加同向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述同向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为弯曲模态识别曲线；
根据所述各阶模态的模态振型查找所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体弯曲状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态。
2.根据权利要求1所述的整备车身弯曲模态识别方法，其特征在于，计算得到的所述两个激振点在所述同向的激振力下的频率响应曲线为幅值响应曲线。
3.根据权利要求1所述的整备车身弯曲模态识别方法，其特征在于，从识别出的预设频率段下的整备车身的所有弯曲模态中找出所述整备车身的第一阶弯曲模态。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的整备车身弯曲模态识别方法，其特征在于，所述两个激振点选取在所述整备车身的左右前纵梁的前端或者是前保险杠上的两个呈左右对称的位置上，所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值为计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线的重合峰值。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的整备车身弯曲模态识别方法，其特征在于，所述预设频率段为0-50Hz。
6.一种整备车身扭转模态识别方法，其特征在于，所述方法包括：
获得整备车身的有限元分析模型预设频率段下的各阶模态的模态振型；
在所述整备车身的有限元分析模型中预设的两个激振点上施加反向的激振力，计算得出所述两个激振点在所述反向的激振力下各自的频率响应曲线，并将计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线组合为扭转模态识别曲线；
根据所述各阶模态的模态振型查找所述扭转模态识别曲线上的各个峰值所对应频率下的模态振型，并依据查找到的模态振型找出其中整备车身呈整体扭转状态的模态振型，从而识别出预设频率段下的整备车身的所有扭转模态。
7.根据权利要求6所述的整备车身扭转模态识别方法，其特征在于，计算得到的所述两个激振点在所述反向的激振力下的频率响应曲线为幅值响应曲线。
8.根据权利要求7所述的整备车身扭转模态识别方法，其特征在于，所述两个激振点选取在所述整备车身的左右前纵梁的前端或者是前保险杠上的两个呈左右对称的位置上，所述弯曲模态识别曲线上的各个峰值为计算得出的两个激振点处的两条频率响应曲线的重合峰值。
9.根据权利要求6-8所述的整备车身扭转模态识别方法，其特征在于，从识别出的预设频率段下的整备车身的所有扭转模态中找出所述整备车身的的第一阶扭转模态。
10.一种整备车身弯扭模态识别方法，其特征在于，所述方法包括：
按照权利要求1-6任意一项所述的整备车身弯曲模态识别方法识别出整备车身的弯曲模态；
按照权利要求7-9任意一项所述的整备车身扭转模态识别方法识别出整备车身的扭转模态。
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