CN110795883B - 一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本方案涉及一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法，包括：进行背门自由状态模型标定，以使按照背门建立的背门有限元模型的第二模态参数与背门的第一模态参数一致；第一模态参数为：背门在自由状态下进行模态测试获得的模态参数，第二模态参数为：背门有限元模型在自由状态下进行模态仿真获得的模态参数；进行背门约束状态模态仿真，以确定基于背门有限元模型所建立的整车有限元模型的第四模态参数与基于背门搭载的整车的第三模态参数是否一致；第三模态参数为：整车在背门关闭状态下进行模态测试所获得的模态参数，第四模态参数为：整车有限元模型在约束状态下进行模态仿真获得的模态参数；若不一致，进行连接件的最优等效刚度的辨识。
Description
技术领域
本发明涉及CAE技术领域，具体是一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法。
背景技术
由零件、组件、部件之间相互连接的等效表面即为连接界面，连接界面的等效刚度会导致组合结构局部刚度降低，影响结构的动力学性能。汽车背门和背门框连接界面涉及到铰链、锁扣、密封条、缓冲块等连接件的等效刚度，其中铰链的等效刚度起带对背门的定位、支撑和约束作用，而锁扣的等效刚度、密封条的等效刚度、缓冲块的等效刚度的确定为重中之重，这些决定了整车状态下背门的约束模态，又直接影响整车NVH性能。
如果背门的约束模态与后悬架模态耦合，容易引起车内噪声问题，同时如果密封条的等效刚度、缓冲块的等效刚度设计偏大或偏小又会引起路噪、异响等问题。
而汽车背门与背门框之间的连接件的等效刚度的确定是行业难题，存在以下三个方面原因。原因一，由于连接件多采用橡胶材质，其刚度具有明显非线性特征，不能直接采用某一测试刚度值(线性特征)进行分析；原因二，现阶段没有成熟的测试手段获得连接件(背门关闭状态)的反作用力和变形规律，进而间接推导出连接件的综合等效刚度；原因三，即使获得连接件的综合等效刚度，也无科学的理论方法来分配各具体连接件的刚度，即无法确定锁扣、密封条、缓冲块的具体刚度值。
所以，目前对连接件的等效刚度的设计开发往往采用经验值，但是不同车型连接件的结构设计，安装状态、材质成分均存在较大差异，采用经验值无法准确预测和把控整车NVH性能，增加问题整改和性能提升的难度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法，以实现对背门和背门框的连接件的等效刚度的准确赋值。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法，包括：
步骤S1，进行背门自由状态模型标定，以使按照背门建立的背门有限元模型的第二模态参数与背门的第一模态参数一致；
其中，第一模态参数为：背门在自由状态下进行模态测试获得的模态参数，第二模态参数为：背门有限元模型在自由状态下进行模态仿真获得的模态参数；
步骤S2，进行背门约束状态模态仿真，以确定基于步骤S1中的背门有限元模型所建立的整车有限元模型的第四模态参数与基于背门搭载的整车的第三模态参数是否一致，若不一致，则进入步骤S3；
其中，第三模态参数为：整车在背门关闭状态下进行模态测试所获得的模态参数，第四模态参数为：整车有限元模型在约束状态下进行模态仿真获得的模态参数；
步骤S3，进行连接件的最优等效刚度的辨识。
优选地，步骤S1包括：
步骤S11：模拟“自由-自由”边界条件，将背门用柔软的橡胶绳水平悬挂在吊架上；
步骤S12：选取力锤激励作为对背门激励的方式，力锤对背门施加激励的方向为垂直于背门所在平面的方向，激励点设置于背门内板上的对角位置；响应点设置于反映背门外板的结构外形特征的位置处，且在所述响应点处布置传感器；并建立传感器布置后的背门的三维模型；
步骤S13：使用力锤按照步骤S12中记载的激励方向和激励点对背门施加激励，并通过所述传感器进行响应测量；再采用Test.lab软件对背门外板上的各个响应点处的频响函数进行集总平均和模态拟合，以获得所述第一模态参数；
步骤S14：采用hypermesh软件建立背门有限元模型；
步骤S15:在hypermesh软件中对所建立的背门有限元模型不进行连接界面约束，以使背门有限元模型上的连接界面处于自由状态；定义仿真分析类型为模态分析，提交分析作业，在后处理中提取出有限元模态分析结果，以得到所述第二模态参数；
步骤S16：对步骤S13和步骤S15各自所获得的模态参数进行比对，若不一致，则对步骤S14中所建立的背门有限元模型进行参数修正，直至步骤S13和步骤S15所获得的模态参数一致；
其中，第一模态参数和第二模态参数均包括：一阶弯曲模态和一阶扭转模态。
优选地，步骤S2包括：
步骤S21：将背门搭载在整车上，并关闭背门；
步骤S22：选取激振器对背门进行多点激励，激振器对背门施加激励的方向为垂直于背门所在平面的方向，激励点设置于背门内板上的对角位置；响应点设置于反映背门外板的结构外形特征的位置处，且在所述响应点处布置有传感器；并建立传感器布置后的整车的三维模型；
步骤S23：使用按照步骤S22中记载的激励方向和激励点对背门施加激励，并通过传感器进行响应测量；再采用Test.lab软件对背门的各个响应点处的频响函数先进行集总平均和模态拟合，以获得所述第三模态参数；
步骤S24，基于步骤S1中所建立的背门有限元模型，采用hypermesh软件建立整车有限元模型；以背门铰链和锁扣中心所形成的平面为基准截取平面，在所建立的整车有限元模型上对从所述基准截取平面朝向车头的方向200mm位置处进行截取；所截取出的模型中包含三个部分：整车下的背门模型、约束自由度的背门框模型、背门和背门框的连接件。；所述连接件的设置参数包括：铰链支架采用六面体单元建模；铰链连接沿轴向转动的自由度被释放；密封条通过均匀布置的弹簧单元等效，相邻的弹簧单元之间的间距为100mm，且按照经验值对所述密封条法向刚度值和切向刚度值进行设置；缓冲块通过弹簧单元等效，并按照经验值对缓冲块的法向刚度值和切向刚度值进行设置；锁扣连接通过弹簧单元等效，并按照经验值对锁扣的X向刚度值、Y向刚度值和Z向刚度值进行设置；
步骤S25：对步骤24中所截取的模型的截取界面处的6个自由度进行锁定，并定义仿真分析类型为模态分析，执行仿真分析；在后处理中提取有限元模态分析结果，得到第四模态参数；
步骤S26：对步骤S23和步骤S25各自所获得的模态参数进行比对，以确定所述第四模态参数和所述第四模态参数是否一致；
所述第三模态参数和所述第四模态参数包括：一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态。
优选地，步骤S3包括：
步骤S31，在Optimus软件的集成环境下，根据步骤25中所截取的模型进行模态仿真分析，建立模态分析工况的集成工作流；以背门和背门框的连接件的等效刚度为设计变量，以处于约束状态的背门的一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态为关注性能，采用优化拉丁超方试验设计方法制定试验计划，并执行多样本分析，得到所有样本点的仿真计算结果；其中，背门和背门框的连接界面处的各个参数的等效刚度包括：密封条法向刚度、密封条切向刚度、缓冲块法向刚度、缓冲块切向刚度、锁扣X向刚度、锁扣Y向刚度、锁扣Z向刚度；
步骤S32，基于步骤S31的仿真计算结果，对所述设计变量和处于约束状态的背门的一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态进行spearman相关性分析，以确定与所述关注性能显著相关的显著设计变量；
步骤S33，采用RBF方法对步骤S25中所截取的模型进行代理模型构造，并采用误差分析法对所构造的代理模型进行模型精度检验；
步骤S34，在所构造的代理模型精度满足优化要求后，以步骤23中所获得的第三模态参数为优化目标，采用全局优化算法对所构造的代理模型进行优化分析，以得到关于所述显著设计变量的优化解；
步骤S35，将所述优化解代入至所截取的模型中，并进行仿真分析，以获得第五模态参数；
步骤S36，在所述第五模态参数和所述第三模态参数一致时，所对应的优化解确定为背门与背门框的连接件的最优等效刚度。
优选地，步骤S33中，采用误差分析法对所构造的代理模型进行模型精度检验的步骤包括：
一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态的回归系数均通过公式：
进行获取，其中，
为模态的回归系数；p为样本总数，p＝100；q为因子数，q＝3；yr为基于模态仿真分析的第r个样本的模态；
为基于模态仿真分析的全部样本的模态均值，
为基于代理模型构造获得的第r个样本的模态；
其中，在一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态的回归系数均满足
时，确定所构造的代理模型精度满足优化要求。
优选地，步骤S34中，采用全局优化算法对所构造的代理模型进行优化分析，以得到关于所述显著设计变量的优化解的步骤包括：
通过公式：
获得模态差值β(x)，wn为背门第n阶模态的加权系数，wn＝1；
与为对所述代理模型进行优化分析获得背门的第n阶模态值；
为步骤S23中获得的背门的第n阶模态值；
在所述模态差值β(x)最小时，所对应的一组显著设计变量的参数值确定关于所述显著设计变量的优化解；
第n阶模态为一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态中的其中一阶模态。
本发明的有益效果为：
1、能够在汽车产品研发过程中改善背门和背门框的连接件的等效刚度的赋值手段，从传统的经验赋值提升到基于仿真和测试相结合的准确赋值；
2、该辨识方法有利于进行问题整改和性能提升，经过辨识的接触刚度可以直接推广应用到同一研发平台的其他车型，提升研发效率和产品品质；
3、本发明的设计方法成本低、效率高，能够多维度规避整车性能问题，做到性能的前期把控，降低研发费用增加的风险。
附图说明
图1为本发明的方法的流程示意图；
图2为本发明步骤S31中建立集成工作流的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1，本发明提供了一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法，包括：
步骤S1，进行背门自由状态模型标定，以使按照背门建立的背门有限元模型的第二模态参数与背门的第一模态参数一致；
其中，第一模态参数为：背门在自由状态下进行模态测试获得的模态参数，第二模态参数为：背门有限元模型在自由状态下进行模态仿真获得的模态参数；
步骤S2，进行背门约束状态模态仿真，以确定基于步骤S1中的背门有限元模型所建立的整车有限元模型的第四模态参数与基于背门搭载的整车的第三模态参数是否一致，若不一致，则进入步骤S3；
其中，第三模态参数为：整车在背门关闭状态下进行模态测试所获得的模态参数，第四模态参数为：整车有限元模型在约束状态下进行模态仿真获得的模态参数；
步骤S3，进行连接件的最优等效刚度的辨识。
优选地，步骤S1具体包括：步骤S11：模拟“自由-自由”边界条件，将背门用柔软的橡胶绳水平悬挂在吊架上，即用柔软的橡胶绳悬挂在吊架的水平位置上，使得背门处于自由状态；
步骤S12：选取力锤激励作为对背门激励的方式，力锤对背门施加激励的方向为垂直于背门所在平面的方向，激励点设置于背门内板上的对角位置；响应点设置于反映背门外板的结构外形特征的位置处，且在所述响应点处布置传感器；并建立传感器布置后的背门的三维模型；
步骤S13：使用力锤按照步骤S12中记载的激励方向和激励点对背门施加激励，并通过所述传感器进行响应测量；再采用Test.lab软件对背门外板上的各个响应点处的频响函数进行集总平均和模态拟合，以获得包含模态频率和振型的第一模态参数；
步骤S14：采用hypermesh软件建立背门有限元模型。
具体是将该后背门有限元结构模型导入到hypermesh软件中，进行网格划分，网格的划分需要根据面的形状以及结构的特征将面分割成便于控制的一些小面，在结构较为复杂以及不易于生成高质量网格的部位，可以利用周围的节点进行合理的合并和拆分编辑，改善网格的形状和质量，该hypermesh软件能够实现基于几何平面的网格的自动划分，通过交互方式可以方便的控制网格划分质量，得到质量较高的网格；同时，建立背门有限元模型所用到材料的参数按照背门试件的实际参数进行设计。
步骤S15:在hypermesh软件中对所建立的背门有限元模型不进行连接界面约束(即所建立的背门有限元模型的参数和背门试件的参数一致，均不带内饰板、玻璃、密封条、缓冲块、铰链和锁扣等部件)，以使背门有限元模型上的连接界面处于自由状态；对经过网格划分的背门有限元模型定义仿真分析类型为模态分析，提交分析作业，在后处理中提取出有限元模态分析结果，以得到包含背门的模态频率和振型的第二模态参数。其中，第一模态参数和第二模态参数均包括：一阶弯曲模态和一阶扭转模态，这两阶模态为背门的前2阶模态。
步骤S16：对步骤S13和步骤S15各自所获得的模态参数进行比对，若不一致，则对步骤S14中所建立的背门有限元模型进行参数修正，修正时，具体是对所建立的背门有限元模型所采用的材料属性，零件厚度、焊点焊缝以及边界条件等进行修正，直至步骤S13和步骤S15所获得的模态参数一致。
其中，具体来说，若仿真分析结果的一阶弯曲模态和背门试件测试的一阶弯曲模态相同，仿真分析结果的一阶扭转模态和背门试件测试的一阶扭转模态相同，且振型的模态频率相同，说明说建立的背门有限元模型的精度较高，标定效果好。若步骤S15的仿真值和步骤S13的测试值的偏差较大，则需要对背门有限元模型进行参数修正。例如，本实施例中，经过多次参数修正，得到表1的结果，从表1中可以看出步骤S15的仿真值和步骤S13的测试值基本保持一致。
| 模态 | 测试值 | 仿真值 | 差值 |
| 一阶弯曲模态/Hz | 48.10 | 48.12 | 0.02 |
| 一阶扭转模态/Hz | 39.50 | 39.49 | 0.01 |
表1
优选地，步骤S2包括：步骤S21：将背门搭载在整车上，并关闭背门，背门在整车安装状态下具有5个连接点，其中2个点为铰链连接，2个点为橡胶连接，剩余一个点为锁紧连接；
步骤S22：为了获得准确的约束状态下的背门模态，需要更大的激励能量和激励效果，具体通过选取激振器对背门进行多点激励，激振器对背门施加激励的方向为垂直于背门所在平面的方向，激励点设置于背门内板上的对角位置；响应点设置于反映背门外板的结构外形特征的位置处，且在所述响应点处布置有传感器；并建立传感器布置后的整车的三维模型；
步骤S23：使用按照步骤S22中记载的激励方向和激励点对背门施加激励，并通过传感器进行响应测量；再采用Test.lab软件对背门的各个响应点处的频响函数先进行集总平均和模态拟合，以获得所述第三模态参数；
步骤S24，基于步骤S1中所建立的背门有限元模型，采用hypermesh软件建立整车有限元模型；以背门铰链和锁扣中心所形成的平面为基准截取平面，在所建立的整车有限元模型上对从所述基准截取平面朝向车头的方向200mm位置处进行截取，所截取的背门模型的模态分析具有高可靠性，其与整车有限元模型下的背门模态振型和频率完全一致；所截取出的模型中包含三个部分：整车下的背门模型、约束自由度的背门框模型、背门和背门框的连接件，所述连接件的设置参数包括：铰链支架采用六面体单元建模，铰链连接沿轴向转动的自由度被释放；密封条通过均匀布置的弹簧单元等效，相邻的弹簧单元之间的间距为100mm，且按照经验值对所述密封条法向刚度值和切向刚度值进行设置；缓冲块通过弹簧单元等效，并按照经验值对缓冲块的法向刚度值和切向刚度值进行设置；锁扣连接通过弹簧单元等效，并按照经验值对锁扣的X向刚度值、Y向刚度值和Z向刚度值进行设置。
具体的，锁扣、缓冲块以及铰链的经验值如表5中所记载的值，这些经验值为所截取的模型中的各连接件所设置的初始参数值。
步骤S25：对步骤24中所截取的模型的截取界面处的6个自由度进行锁定，并定义仿真分析类型为模态分析，执行仿真分析；在后处理中提取有限元模态分析结果，得到第四模态参数；
步骤S26：对步骤S23和步骤S25各自所获得的模态参数进行比对，以确定所述第四模态参数和所述第四模态参数是否一致；所述第三模态参数和所述第四模态参数包括：一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态。
在本实施例中，在经过步骤S26对比后，发现步骤23所获得的测试值和步骤S25所获得的仿真值差异较大，具体如下表2所示，在表2中，各阶模态的差值均较大，因此，需要通过对连接件的等效刚度进行辨识，来找到连接件的等效刚度的最准确赋值，使步骤25的仿真值和步骤23的测试值能够一致。
| 模态 | 测试值 | 仿真值 | 差值 |
| 一阶弯曲模态/Hz | 26.50 | 24.21 | 2.29 |
| 一阶扭转模态/Hz | 35.21 | 33.23 | 1.99 |
| 二阶弯曲模态/Hz | 49.72 | 47.61 | 2.11 |
| 二阶扭转模态/Hz | 53.30 | 52.03 | 1.27 |
表2
优选地，步骤S3包括：步骤S31，在Optimus软件的集成环境下，根据步骤25中所截取的模型进行模态仿真分析，建立模态分析工况的集成工作流，所建立的集成工作流如图2所示；以背门和背门框的连接件的等效刚度为设计变量，背门和背门框的连接界面处的各个参数的等效刚度包括：密封条法向刚度、密封条切向刚度、缓冲块法向刚度、缓冲块切向刚度、锁扣X向刚度、锁扣Y向刚度、锁扣Z向刚度，以处于约束状态的背门的一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态为关注性能，采用优化拉丁超方试验设计方法制定试验计划，并执行多样本分析(本实施例中采用100个样本点)，得到所有样本点的仿真计算结果，并完成实验设计矩阵，如下表3。
表3
步骤S32，基于步骤S31的仿真计算结果(即基于表3中的数据)，对所述设计变量和处于约束状态的背门的一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态进行spearman相关性分析，以确定与所述关注性能显著相关的显著设计变量。在本实施例中，通过相关性散点图分布和相关系数确定设计变量的显著性，发现密封条法向刚度、锁扣Y向刚度、密封条切向刚度对关注模态呈现显著相关(相关系数﹥0.4)，如表4，也就是说，密封条法向刚度、密封条切向刚度，锁扣Y向刚度为本实施例中所确定的显著设计变量。
| 相关系数 | 一阶弯曲模态 | 一阶扭转模态 | 二阶弯曲模态 | 二阶扭转模态 |
| 密封条法向刚度 | 0.98 | 0.75 | 0.56 | 0.59 |
| 密封条切向刚度 | 0.11 | 0.24 | 0.84 | 0.52 |
| 缓冲块法向刚度 | 0.02 | 0.11 | 0.06 | 0.07 |
| 缓冲块切向刚度 | 0.07 | 0.08 | 0.03 | 0.08 |
| 锁扣X向刚度 | 0.02 | 0.00 | 0.02 | -0.03 |
| 锁扣Y向刚度 | 0.05 | 0.62 | 0.04 | 0.69 |
| 锁扣Z向刚度 | -0.03 | -0.05 | -0.02 | -0.06 |
表4
步骤S33，采用RBF方法对步骤S25中所截取的模型进行代理模型构造，并采用误差分析法对所构造的代理模型进行模型精度检验。
基于步骤S31中的设计变量为输入，代理模型构造后，可以获得关于100个样本点的仿真计算结果，即可以获得和表3相似的关于所有样本点的仿真计算结果。
在步骤S33中，采用误差分析法对所构造的代理模型进行模型精度检验的步骤包括：
一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态的回归系数均通过公式：
进行获取，其中，
为模态的回归系数；p为样本总数，p＝100；q为因子数，q＝3；yr为基于模态仿真分析的第r个样本的模态；
为基于模态仿真分析的全部样本的模态均值，
为基于代理模型构造获得的第r个样本的模态；
其中，在将表3中的数据以及根据代理模型构造所获得的关于各个样本点的仿真计算数据对应的带入上述公式中后，计算出一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态的回归系数均满足
(满足
的判定条件)，确定所构造的代理模型精度满足优化要求。
步骤S34，在所构造的代理模型精度满足优化要求后，以步骤23中所获得的第三模态参数为优化目标，采用全局优化算法对所构造的代理模型进行优化分析，以得到关于所述显著设计变量的优化解。
优选地，步骤S34中，采用全局优化算法对所构造的代理模型进行优化分析，以得到关于所述显著设计变量的优化解的步骤包括：
通过公式：
获得模态差值β(x)，wn为背门第n阶模态的加权系数，wn＝1；
与为对所述代理模型进行优化分析获得背门的第n阶模态值；
为步骤S23中获得的背门的第n阶模态值；
在所述模态差值β(x)最小时，所对应的一组显著设计变量的参数值确定关于所述显著设计变量的优化解；
第n阶模态为一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态中的其中一阶模态。
步骤S35，将所述优化解代入至所截取的模型中，并进行仿真分析，以获得第五模态参数。
步骤S36，在所述第五模态参数和所述第三模态参数一致时，所对应的优化解确定为背门与背门框的连接件的最优等效刚度。在本实施例中，经过优化后，将该优化解代入所截取的模型中，所获得的4阶模态如表5，结合表5和表2可以看出，在密封条法向刚度、密封条切向刚度和锁扣Y向刚度优化后，所获得的4阶模态和各阶模态的测试值几乎相同。
表5
在本实施例中，所确定额密封条法向刚度为12.5N/mm，密封条切向刚度为3.5N/mm，以及锁扣Y向刚度275N/mm，即为本方案所需要辨识的连接件的等效刚度的准确参数值。
通过步骤S3确定各连接件的等效刚度的准确数值，可以基于准确的模型数据进行背门相关性能评估，包括模态避频和接附点VTF两个方面，以规避整车性能问题。
(1)模态优化设计，合理的模态设计可以规避整车加速噪声和路噪问题。提取后悬架在整车状态下模态仿真值或测试值，检验后悬架模态与背门约束模态避频情况。检验标准：在约束状态下的背门的一阶弯曲模态值与后悬架模态值相差3Hz以上。若不符合避频规则，采用以下两种方法提升一阶弯曲模态：方法一，基于步骤S33建立的代理模型，通过优化与一阶弯曲模态显著相关的连接件的等效刚度，调整一阶弯曲模态以达到避频标准；方法二，优化背门结构，通过改变背门刚度实现调整背门一阶弯曲模态的目的，使得背门一阶弯曲模态满足避频标准。
(2)后悬架接附点VTF优化设计，对VTF有效控制可以规避背门抖动和背门异响问题。以背门牌照位置中心点为测量点，后悬架与车身各接附点为激励加载点，进行VTF分析，评估VTF是否存在风险。若VTF存在风险，采用以下三种方法降低振动传递函数：方法一，基于步骤S3所辨识处的连接件的等效刚度，调整连接件的等效刚度值，提升接触界面隔振率，从而实现振动衰减的效果；方法二，在振动传递路径上增加吸振器，把VTF的风险频率值设计为吸振器的共振频率；方法三，优化传递路径上的车身结构，实现车身局部模态与背门模态避频。
本发明上述方法，首先开展背门自由状态模型标定，在自由模态一致的基础上，进行整车有限元模型建模，在整车有限元模型的基础上建立背门约束模型(所截取的模型)并进行约束模态分析，执行实验设计并建立代理模型；以对应的试验模态分析结果作为优化目标值，对等效刚度进行参数辨识和设计。本发明能够在汽车产品研发过程中改善背门和背门框的连接件的等效刚度的赋值手段，从传统的经验赋值提升到基于数据分析和优化的精确赋值，有利于进行问题整改和性能提升，缩短研发周期，提升产品品质。
尽管只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (2)
1.一种背门和背门框的连接件的等效刚度辨识方法，其特征在于，包括：
步骤S1，进行背门自由状态模型标定，以使按照背门建立的背门有限元模型的第二模态参数与背门的第一模态参数一致；
其中，第一模态参数为：背门在自由状态下进行模态测试获得的模态参数，第二模态参数为：背门有限元模型在自由状态下进行模态仿真获得的模态参数；
步骤S2，进行背门约束状态模态仿真，以确定基于步骤S1中的背门有限元模型所建立的整车有限元模型的第四模态参数与基于背门搭载的整车的第三模态参数是否一致，若不一致，则进入步骤S3；
其中，第三模态参数为：整车在背门关闭状态下进行模态测试所获得的模态参数，第四模态参数为：整车有限元模型在约束状态下进行模态仿真获得的模态参数；
步骤S2包括：
步骤S21：将背门搭载在整车上，并关闭背门；
步骤S22：选取激振器对背门进行多点激励，激振器对背门施加激励的方向为垂直于背门所在平面的方向，激励点设置于背门内板上的对角位置；响应点设置于反映背门外板的结构外形特征的位置处，且在所述响应点处布置有传感器；并建立传感器布置后的整车的三维模型；
步骤S23：使用按照步骤S22中记载的激励方向和激励点对背门施加激励，并通过传感器进行响应测量；再采用Test.lab软件对背门的各个响应点处的频响函数先进行集总平均和模态拟合，以获得所述第三模态参数；
步骤S24，基于步骤S1中所建立的背门有限元模型，采用hypermesh软件建立整车有限元模型；以背门铰链和锁扣中心所形成的平面为基准截取平面，在所建立的整车有限元模型上对从所述基准截取平面朝向车头的方向200mm位置处进行截取；所截取出的模型中包含三个部分：整车下的背门模型、约束自由度的背门框模型、背门和背门框的连接件；所述连接件的设置参数包括：铰链支架采用六面体单元建模；铰链连接沿轴向转动的自由度被释放；密封条通过均匀布置的弹簧单元等效，相邻的弹簧单元之间的间距为100mm，且按照经验值对所述密封条法向刚度值和切向刚度值进行设置；缓冲块通过弹簧单元等效，并按照经验值对缓冲块的法向刚度值和切向刚度值进行设置；锁扣连接通过弹簧单元等效，并按照经验值对锁扣的X向刚度值、Y向刚度值和Z向刚度值进行设置；
步骤S25：对步骤24中所截取的模型的截取界面处的6个自由度进行锁定，并定义仿真分析类型为模态分析，执行仿真分析；在后处理中提取有限元模态分析结果，得到第四模态参数；
步骤S26：对步骤S23和步骤S25各自所获得的模态参数进行比对，以确定所述第四模态参数和所述第四模态参数是否一致；
所述第三模态参数和所述第四模态参数包括：一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态；
步骤S3，进行连接件的最优等效刚度的辨识；
步骤S3包括：
步骤S31，在Optimus软件的集成环境下，根据步骤25中所截取的模型进行模态仿真分析，建立模态分析工况的集成工作流；以背门和背门框的连接件的等效刚度为设计变量，以处于约束状态的背门的一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态为关注性能，采用优化拉丁超方试验设计方法制定试验计划，并执行多样本分析，得到所有样本点的仿真计算结果；其中，背门和背门框的连接界面处的各个参数的等效刚度包括：密封条法向刚度、密封条切向刚度、缓冲块法向刚度、缓冲块切向刚度、锁扣X向刚度、锁扣Y向刚度、锁扣Z向刚度；
步骤S32，基于步骤S31的仿真计算结果，对所述设计变量和处于约束状态的背门的一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态进行spearman相关性分析，以确定与所述关注性能显著相关的显著设计变量；
步骤S33，采用RBF方法对步骤S25中所截取的模型进行代理模型构造，并采用误差分析法对所构造的代理模型进行模型精度检验；
步骤S34，在所构造的代理模型精度满足优化要求后，以步骤23中所获得的第三模态参数为优化目标，采用全局优化算法对所构造的代理模型进行优化分析，以得到关于所述显著设计变量的优化解；
步骤S35，将所述优化解代入至所截取的模型中，并进行仿真分析，以获得第五模态参数；
步骤S36，在所述第五模态参数和所述第三模态参数一致时，所对应的优化解确定为背门与背门框的连接件的最优等效刚度；
步骤S33中，采用误差分析法对所构造的代理模型进行模型精度检验的步骤包括：
一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态的回归系数均通过公式：
进行获取，其中，
为模态的回归系数；p为样本总数，p＝100；q为因子数，q＝3；yr为基于模态仿真分析的第r个样本的模态；
为基于模态仿真分析的全部样本的模态均值，
为基于代理模型构造获得的第r个样本的模态；
其中，在一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态的回归系数均满足
时，确定所构造的代理模型精度满足优化要求；
采用全局优化算法对所构造的代理模型进行优化分析，以得到关于所述显著设计变量的优化解的步骤包括：
通过公式：
获得模态差值β(x)，wn为背门第n阶模态的加权系数，wn＝1；
与为对所述代理模型进行优化分析获得背门的第n阶模态值；
为步骤S23中获得的背门的第n阶模态值；
在所述模态差值β(x)最小时，所对应的一组显著设计变量的参数值确定关于所述显著设计变量的优化解；
第n阶模态为一阶弯曲模态、一阶扭转模态、二阶弯曲模态和二阶扭转模态中的其中一阶模态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：
步骤S11：模拟“自由-自由”边界条件，将背门用柔软的橡胶绳水平悬挂在吊架上；
步骤S12：选取力锤激励作为对背门激励的方式，力锤对背门施加激励的方向为垂直于背门所在平面的方向，激励点设置于背门内板上的对角位置；响应点设置于反映背门外板的结构外形特征的位置处，且在所述响应点处布置传感器；并建立传感器布置后的背门的三维模型；
步骤S13：使用力锤按照步骤S12中记载的激励方向和激励点对背门施加激励，并通过所述传感器进行响应测量；再采用Test.lab软件对背门外板上的各个响应点处的频响函数进行集总平均和模态拟合，以获得所述第一模态参数；
步骤S14：采用hypermesh软件建立背门有限元模型；
步骤S15:在hypermesh软件中对所建立的背门有限元模型不进行连接界面约束，以使背门有限元模型上的连接界面处于自由状态；定义仿真分析类型为模态分析，提交分析作业，在后处理中提取出有限元模态分析结果，以得到所述第二模态参数；
步骤S16：对步骤S13和步骤S15各自所获得的模态参数进行比对，若不一致，则对步骤S14中所建立的背门有限元模型进行参数修正，直至步骤S13和步骤S15所获得的模态参数一致；
其中，第一模态参数和第二模态参数均包括：一阶弯曲模态和一阶扭转模态。
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