CN109033629B - 前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，基于限元软件hypermesh，包括步骤：在有限元软件中建立前端模块总成、橡胶悬置、前端模块框架和部分车身的有限元模型；前端模块总成与框架之间用CBUSH单元来模拟橡胶悬置，实现弹性连接；车身与前端模块框架之间用刚性连接，考虑车身对前端模块总成悬置系统模态的影响；发动机管路与前端模块总成之间采用CBUSH单元连接，将管路进行简化，考虑发动机管路对前端模块总成悬置系统模态的影响。本发明分析模型的基本参数由实验测得，有效地提高了前端模块模态分析的精度。

Description

前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法
技术领域
本发明涉及建模技术领域，具体是一种前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法。
背景技术
目前，随着汽车的高速化，振动和噪声(NVH)问题日益突出，减震降噪已经成为汽车设计工作中的一个重要环节，由前端模块产生的振动和噪声已不容忽视。在对前端模块总成悬置系统振动特性的研究中,模态分析是重要内容之一，因此对前端模块总成悬置系统的模态分析是前端模块总成悬置系统减振分析与优化设计的重要组成部分，同时是对整车NVH性能提升的重要影响因素。
现有的模态分析方法包括计算模态分析和试验模态分析两种。对前端模块总成悬置系统进行模态试验，虽然可获得较准确的固有频率和振型,但在样机设计开发阶段,此方法增加了研发时间与成本。随着有限元数值计算技术的发展，模态计算不但成本低，实现方便，而且还可考察一些极限情况，为前期车型的设计开发阶段指出正确方向。
目前,模态计算的技术已较为成熟，尤其是在刚体模态计算方面的有限元分析技术已经很高。然而在分析前端模块悬置系统模态时的计算精度不高，其原因在于，在分析前端模块悬置系统模态时，车身和动力总成管路的影响较大，这无法准确地反映其固有频率与相应的模态振型，导致计算误差较大。在实车中，车身、动力总成管路与前端模块总成悬置系统存在连接关系，并对前端模块提供刚度，因此如何对车身和管路进行建模分析，精确地计算前端模块悬置系统的模态仍然存在难点。
发明内容
本发明的首要目的在于将前端模块悬置系统模型简化为弹性体；将车身与前端模块框架之间用刚性连接，考虑了车身对前端模块模态的影响；将管路进行简化，考虑动力总成管路的约束对前端模块总成悬置系统模态的影响；将前端模块总成和前端模块框架之间用CBUSH单元来模拟橡胶悬置，消除橡胶悬置建模不准的问题。充分考虑影响前端模块悬置系统模态的各个因素，且所述分析模型的基本参数均由实验测得，有效地提高了前端模块模态分析的精度。
本模型通过以下建模方法实现：
一种前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，基于限元软件hypermesh，包括步骤：
步骤一，在有限元软件中建立冷凝器的有限元模型，对所述冷凝器的有限元模型划分网格，并对冷凝器的有限元模型施加质量；
步骤二，在有限元软件中建立散热器的有限元模型，对散热器的有限元模型划分网格，并对散热器的有限元模型施加质量；
步骤三，在有限元软件中建立中冷器的有限元模型，对中冷器的有限元模型划分网格，并对中冷器的有限元模型施加质量；
步骤四，在有限元软件中建立风扇的有限元模型，对风扇的有限元模型划分网格，并对风扇的有限元模型施加质量；
步骤五，在有限元软件中建立前端模块框架的有限元模型，对前端模块框架的有限元模型划分网格，并对前端模块框架的有限元模型赋予材料参数；
步骤六，将前端模块总成与前端模块框架用CBUSH单元连接，并赋予CBUSH单元X、Y、Z三向刚度，建立橡胶悬置7的有限元模型，用于模拟橡胶悬置，实现弹性连接；
步骤七，在有限元软件中建立部分车身的有限元模型，对车身的有限元模型划分网格，并将前端模块框架与车身进行刚性连接；
步骤八，根据车身不同部分材料不同，对车身各个部分赋予相应的质量和材料参数；
步骤九，将车身另一端全部约束；
步骤十，将动力总成与前端模块总成之间的连接管路简化为CBUSH单元，并赋予CBUSH单元X、Y、Z三向刚度，用于模拟前端模块总成与动力总成之间的连接管路，实现弹性连接，其中该CBUSH单元一端直接连接在前端模块总成上，另一端用node单元模拟，并将node单元六个自由度全部约束。
进一步地，所述质量的值为实测值。
进一步地，在有限元软件中建立散热器的有限元模型时，去掉风扇和电机。
进一步地，在有限元软件中建立风扇的有限元模型时，将风扇和电机简化为两个相同质量点，所述质量点的总质量为实测值，并刚性连接在散热器上。
进一步地，所述材料参数包括弹性模量E、摩擦系数Nu、密度RHO。
进一步地，所述将车身另一端全部约束具体为将车身另一端所有单元的六个自由度全部约束。
进一步地，所述模态分析用NASTRA进行模态分析计算，设置模态分析频率范围为15-50HZ，分析前端模块总成悬置系统的刚体模态。
进一步地，在有限元软件中建立有限元模型之前还包括步骤：通过CAD软件进行建模，模型包括冷凝器、中冷器、散热器、风扇、前端模块框架、橡胶悬置和车身。
本发明所提供的建模方法相对于现有的建模方法，具有如下的优点：
本建模方法相对于传统的建模方法，将前端模块悬置系统模型简化为弹性体；将车身与前端模块框架之间用刚性连接，考虑了车身对前端模块模态的影响；将管路进行简化，考虑动力总成管路对前端模块总成悬置系统模态的影响；将前端模块总成和前端模块框架之间用CBUSH单元来模拟橡胶悬置，消除橡胶悬置建模不准的问题。充分考虑影响前端模块悬置系统模态的各个因素，且所述分析模型的基本参数均由实验测得，有效地提高了前端模块模态分析的精度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，基于限元软件hypermesh，包括步骤：
步骤一，通过CAD软件进行建模，模型包括冷凝器、中冷器、散热器、风扇、前端模块框架、橡胶悬置和车身；
步骤二，在有限元软件中建立冷凝器的有限元模型，对所述冷凝器的有限元模型划分网格，并对冷凝器的有限元模型施加质量，所述质量的值为实测值；
步骤三，在有限元软件中建立散热器的有限元模型，对散热器的有限元模型划分网格，并对散热器的有限元模型施加质量，所述质量的值为实测值；
步骤四，在有限元软件中建立中冷器的有限元模型，对中冷器的有限元模型划分网格，并对中冷器的有限元模型施加质量，所述质量的值为实测值；
步骤五，在有限元软件中建立风扇的有限元模型，对风扇的有限元模型划分网格，并对风扇的有限元模型施加质量，所述质量的值为实测值；
步骤六，在有限元软件中建立前端模块框架的有限元模型，对前端模块框架的有限元模型划分网格，并对前端模块框架的有限元模型赋予材料参数；
步骤七，将前端模块总成与前端模块框架用CBUSH单元连接，并赋予CBUSH单元X、Y、Z三向刚度，建立橡胶悬置的有限元模型，用于模拟橡胶悬置，实现弹性连接；
步骤八，在有限元软件中建立部分车身的有限元模型，对车身的有限元模型划分网格，并将前端模块框架与车身进行刚性连接；
步骤九，根据车身不同部分材料不同，对车身各个部分赋予相应的质量和材料参数；
步骤十，将车身另一端全部约束；
步骤十一，将动力总成与前端模块总成之间的连接管路简化为CBUSH单元，并赋予CBUSH单元X、Y、Z三向刚度，用于模拟前端模块总成与动力总成之间的连接管路，实现弹性连接，其中该CBUSH单元一端直接连接在前端模块总成上，另一端用node单元模拟，并将node单元六个自由度全部约束。
具体而言，在有限元软件中建立散热器的有限元模型时，去掉风扇和电机。
具体而言，在有限元软件中建立风扇的有限元模型时，将风扇和电机简化为两个相同质量点，所述质量点的总质量为实测值，并刚性连接在散热器上。
具体而言，所述材料参数包括弹性模量E、摩擦系数Nu、密度RHO。
具体而言，所述将车身另一端全部约束具体为将车身另一端所有单元的六个自由度全部约束。
具体而言，本实施例中，所述模态分析用NASTRA进行模态分析计算，设置模态分析频率范围为15-50HZ，分析前端模块总成悬置系统的刚体模态，分析结果如表一所示。表1显示出在该实施例在一情况下，其主要方向X、Y、Z向刚体模态。
表1：X、Y、Z刚体模态
X(Hz) Y(Hz) Z(Hz)
30～50 20～100 30～50
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，基于限元软件hypermesh，其特征在于，包括步骤：
在有限元软件中建立冷凝器的有限元模型，对所述冷凝器的有限元模型划分网格，并对冷凝器的有限元模型施加质量；
在有限元软件中建立散热器的有限元模型，对散热器的有限元模型划分网格，并对散热器的有限元模型施加质量；
在有限元软件中建立中冷器的有限元模型，对中冷器的有限元模型划分网格，并对中冷器的有限元模型施加质量；
在有限元软件中建立风扇的有限元模型，对风扇的有限元模型划分网格，并对风扇的有限元模型施加质量；
在有限元软件中建立前端模块框架的有限元模型，对前端模块框架的有限元模型划分网格，并对前端模块框架的有限元模型赋予材料参数；
将前端模块总成与前端模块框架用CBUSH单元连接，并赋予CBUSH单元X、Y、Z三向刚度，建立橡胶悬置的有限元模型，用于模拟橡胶悬置，实现弹性连接；
在有限元软件中建立部分车身的有限元模型，对车身的有限元模型划分网格，并将前端模块框架与车身进行刚性连接；
根据车身不同部分材料不同，对车身各个部分赋予相应的质量和材料参数；
将车身另一端全部约束；
将动力总成与前端模块总成之间的连接管路简化为CBUSH单元，并赋予CBUSH单元X、Y、Z三向刚度，用于模拟前端模块总成与动力总成之间的连接管路，实现弹性连接，其中该CBUSH单元一端直接连接在前端模块总成上，另一端用node单元模拟，并将node单元六个自由度全部约束。
2.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：所述质量的值为实测值。
3.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：在有限元软件中建立散热器的有限元模型时，去掉风扇和电机。
4.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：在有限元软件中建立风扇的有限元模型时，将风扇和电机简化为两个相同质量点，所述质量点的总质量为实测值，并刚性连接在散热器上。
5.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：所述材料参数包括弹性模量E、摩擦系数Nu、密度RHO。
6.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：所述将车身另一端全部约束具体为将车身另一端所有单元的六个自由度全部约束。
7.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：所述模态分析用NASTRA进行模态分析计算，设置模态分析频率范围为15-50HZ，分析前端模块总成悬置系统的刚体模态。
8.根据权利要求1所述的前端模块悬置系统模态分析弹性体模型的有限元建模方法，其特征在于：在有限元软件中建立有限元模型之前还包括步骤：通过CAD软件进行建模，模型包括冷凝器、中冷器、散热器、风扇、前端模块框架、橡胶悬置和车身。
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