汽车TrimmedBody有限元模态分析中弯曲和扭转模态的识别_蓝浩伦_图文-五星文库
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汽车TrimmedBody有限元模态分析中弯曲和扭转模态的识别_蓝浩伦_图文
导读：汽车TrimmedBody有限元模态分析中，弯曲和扭转模态的识别，（华晨汽车工程研究院），【摘要】针对在汽车TrimmedBody有限元模态分析中弯曲模态和扭转模态比较难，经过VTF分析输出这些点的加速度幅值曲线，结合模态分析的振型结果，能够较准确快捷地找到该TrimmedBody弯曲模态和扭转模态的频率值，有限元弯曲模态扭转模态模态识别，当TrimmedBody的弯曲、扭转频率接近发动机怠速
汽车TrimmedBody有限元模态分析中
弯曲和扭转模态的识别
（华晨汽车工程研究院）
【摘要】针对在汽车TrimmedBody有限元模态分析中弯曲模态和扭转模态比较难识别的问题，在其左右两侧各取若
干个对称的能够代表车身轮廓的点，经过VTF分析输出这些点的加速度幅值曲线，并对曲线进行相应处理。根据处理得到的合成加速度均值曲线和差值加速度均值曲线，结合模态分析的振型结果，能够较准确快捷地找到该TrimmedBody弯曲模态和扭转模态的频率值。
主题词:Trimmedbody中图分类号:U461.4
有限元弯曲模态扭转模态模态识别
文献标识码:A文章编号:（6-03
BendingandTorsionalModalIdentificationinCar’sTrimmedBody
FiniteElementModalAnalysis
（BrillianceAutomotiveEngineeringResearchInstitute）
【Abstract】Itisdifficulttoidentifybendingandtorsionalmodesinthecar’strimmedbodyfiniteelementmodalanalysis.Tosolvethisproblem,severalsymmetricalpointswhichrepresentthecar’scontourareselectedintheleftandrightsides.Thesepoints’accelerationamplitudecurvesareexportedthroughVTFanalysis,andthenthesecurvesareprocessedcorrespondingly.Atlast,resultantaccelerationaveragecurveanddifferenceaccelerationaveragecurvearetorsionalmodalfrequencyvaluesofthetrimmedbodycanbeidentifiedrapidlyandaccurately.
obtained.Basedontheseprocessedcurves,andcombinedwiththemodeshapesofthemodalanalysis,bendingand
LanHaolun,LiFei,QiaoXin,KongFanhua
Keywords:Trimmedbody,Finiteelement,Bendingmodal,Torsionalmode,Modal
identification
开，去除动力总成和底盘系统后剩下的部分，主要包括架和电子电器件等，能够较好的反映整车状态下的车身状况。白车身模态性能是研究车身结构NVH性能最基础的方式之一，而TrimmedBody的模态性能直接反映整车的动态性能，特别是前几阶模态频率的高低直接影响整车的NVH性能。当TrimmedBody的弯曲、扭转频率接近发动机怠速工况的激振频率时，会引起汽车共振，在汽车研发过程中需要避免类似情况发生。通过对汽车TrimmedBody模态性能进行分析，不仅可以了解
汽车结构在路面上的共振频率，还可以用于研究各种工况激励下的声振传递函数及舒适性。
在汽车NVH目标分解和设定阶段，通过建立TrimmedBody有限元模型并进行模态分析，可以得到其1阶弯曲、扭转模态的频率值，但是TrimmedBody的1阶弯曲和扭转模态振型在众多模态振型中难以识别，耦合现象比较严重。因此，在NVH目标分解和设定阶段准确而快捷的识别这两个典型模态，是需要解决的问题。
TrimmedBody是将整车从软连接处（弹簧、衬套）断
白车身、门盖系统、座椅系统、内饰系统、转向系统、副车
2VTF分析概述
对于线性定常系统，传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与引起该输出的输入量拉氏变换之比。传递函数由系统的本质特性决定，与输入量无关，
传递函数的数学表达式为：
Ha(ω)=-ω2Hd(ω)=-ω2
x(jω)fjωj?
拟与其他部件之间的连接；大部分部件间的连接都是刚度较小的连接，用RBE3单元进行模拟能够更好地反映部件与车身结构之间的连接关系。
在搭建的TrimmedBody有限元模型中，主要考虑
性比较大的部件（如风挡刮水器电机），用RBE2单元模
经过换算后，得到：
内饰件的质量作用，内饰件建模主要有集中质量和分布质量两种方法，对于以卡扣形式或有限个连接点形式连接的内饰板，如门内饰板等，采用集中质量形式；对于以
0（3）（4）（5）
胶粘形式粘接在钣金件上的内饰件，如地毯等，则以分布质量形式处理。
4汽车TrimmedBody有限元模型模态分析
对建立的TrimmedBody有限元模型进行模态分析，得到的分析结果0~50Hz间存在95阶模态，其模态数量分布见表1。
表10～50Hz间模态数量分布频率段/Hz
模态数量―Ha(ω)为加速度传递函数；Hd(ω)为位移传递函式中，
ω0为系统的无阻尼固有圆频率；ω为激励力频率；数；
?为相位角。ζ为阻尼比；ωˉ为频率比；
由公式（2）可知，在单位载荷力激励下系统所产生Ha(ω)→∞，的加速度响应是Ha(ω)。当ω即当ˉ→1时，
激励频率接近系统的固有频率时，传递函数值将迅速增大，从而可以判别各阶共振频率[4]。
3汽车TrimmedBody有限元模型建立
根据某项目要求建立汽车TrimmedBody有限元模型如图1所示。该TrimmedBody模型质量为810kg，共由230多万个单元组成。
经过模态分析后，得到的第1阶非零模态频率值为14.59Hz，为发动机舱盖的扭转振动，随着频率值的升高，在各个频率段内的模态数量越来越多。
若仅从搭建的TrimmedBody有限元模型模态分析结果振型中查找1阶弯曲、
扭转模态存在一定困难，
在一些频率段内局部模态较多，弯曲和扭转耦合比较严重，弯曲、扭转模态振型比较难识别。
图1TrimmedBody有限元模型
5TrimmedBody弯曲、扭转模态识别方法和试
TrimmedBody弯曲、扭转模态识别方法在TrimmedBody有限元模型左右两侧各选取若干个能够代表车身轮廓的对称点，如在车身左右两侧各取12个点，其中前、后端各取2个点，A柱和C柱上中下各取3个点，B柱上下各取2个点。模型中左侧取点位置如图2所示。
由于车身主要由钣金件构成，因此采取抽中面方式进行网格划分，用壳单元进行模拟并且定义相应的厚度。壳单元由三角形和四边形单元组成，但三角形单元是常应变单元，大量使用会导致模型刚性过大，影响计算精度，应尽量避免使用，一般将其数量控制在10%左右[5]。
模型中焊点采用CWELD单元进行模拟，弧焊采用
BEAM单元进行模拟。用CONM2单元模拟集中质量，将CONM2单元放到已经建好的单元上或所代表部件的性能，在CONM2属性卡中需定义转动惯量和惯性积。
在连接过程中常使用RBE2单元和RBE3单元。
质心位置，由于大部件惯量属性可能会影响整个系统的
左侧取点位置示意
采用VTF分析方法，在TrimmedBody纵梁刚度较
大的位置施加单位动态力，读取这24个点的加速度响应。对左侧和右侧12个点的加速度幅值曲线进行处理，处理方式如下：
曲线，称为左侧加速度均值曲线。
将左侧12个点的加速度幅值曲线处理成平均右侧加速度均值曲线处理方法与上述类似。
频率值位于合成加速度均值曲线的峰值29Hz附近。
图4TrimmedBody中的白车身扭转振型
线相加后再取平均值，称为合成加速度均值曲线。线相减后再取平均值，称为差值加速度均值曲线。
将左侧加速度均值曲线与右侧加速度均值曲将左侧加速度均值曲线与右侧加速度均值曲
通过实车模态试验后得到车身类似弯曲模态的频率值分别为34.09Hz和38.67Hz，并且这2阶振型比较相似。在34.09Hz处主要为车身的弯曲模态，伴随尾部的轻微扭动；而在38.67Hz处左右侧围的振动幅度较大。若仅从车身表面看，38.67Hz比较符合整车弯曲的情况，但从车身主要框架的振动情况判断，34.09Hz应该是该车身的弯曲模态频率值。
搭建的TrimmedBody有限元模型由于在33Hz附近合成加速度均值曲线和差值加速度均值曲线均存在峰值，若33Hz为弯曲模态，则可能存在弯扭耦合的情况。查看搭建的有限元模型模态分析振型结果可知，在33.11Hz处模态分析结果首次呈现弯曲振型，其中车身如图5所示，这是因为在车身后部耦合了一定的扭转振动，这与实车试验得到的34.09Hz比较接近。
前部弯曲振动比较明显，但后部弯曲振动形式不明显，
对于搭建的TrimmedBody有限元模型，通过合成加速度均值曲线的峰值能够找到该车身左、右两侧振幅较大时对应的车身模态频率值，这些频率值极有可能是弯曲和扭转模态的频率值。当车身左、右两侧振动幅度大致相同时，差值加速度均值曲线在零刻度上下；当车身左、右两侧振动幅度不一致、相差较大时，差值加速度均值曲线存在峰值。对于合成加速度均值曲线，若在其峰值对应的频率处同时存在差值加速度均值曲线的峰值，通过查看TrimmedBody有限元模型的模态振型结果可知主要为弯曲模态，则在该频率处弯曲模态可能耦合了部分扭转模态。
应用该方法对已经建立的TrimmedBody有限元模型进行VTF分析，输出车身上相应选取点的加速度幅值结果，经过处理后得到合成加速度均值曲线和差值加速度均值曲线如图3所示。
加速度/mm?s-2
合成加速度均值
差值加速度均值
图5TrimmedBody中仅显示白车身的弯曲振型
上述实车TrimmedBody弯曲模态的识别比较困难，若仅从试验得到的车身表面模态振型判别认为38.67Hz为弯曲模态频率值，在NVH目标分解和设定
阶段会导致比较严重的后果。从与实车Trimmed
图3合成加速度均值曲线和差值加速度均值曲线
Body模态试验结果进行验证的情况来看，在Trimmed
从图3中可以看到，在29Hz和33Hz附近，合成加速度均值曲线存在峰值，这两个峰值对应的频率值极有可能是1阶弯曲、扭转模态的频率值。5.2
TrimmedBody弯曲、扭转模态识别方法试验验证对实车TrimmedBody进行模态试验，将传感器采集到的试验数据进行相应处理后得到车身扭转模态频率值为29.42Hz。为了避免内饰件、安装支架等大的局部模态干扰，便于查看车身主要框架的振型情况，振型结果仅显示白车身状态。查看搭建的有限元模型模态分析振型结果发现，在29.36Hz处首次呈现典型的整体扭转，如图4所示，这与实车试验得到的29.42Hz比较接近，并且该
Body有限元模态分析中出现众多非常接近、甚至耦合现象比较严重的模态振型时，应用该方法能够比较准确快捷的找到1阶弯曲、扭转模态频率值。
在NVH目标分解和设定阶段，搭建的汽车TrimmedBody有限元模型在模态分析中较难识别弯曲和扭转模态。利用VTF分析方法，在车身左、右两侧各取若干个对称的能够代表车身轮廓典型的点，经过计算并进行相应处理后得到合成加速度均值曲线和差值加速度均值曲线，根据这两条曲线并结合模态分析的振型结果，最终能够准确快捷的找到该TrimmedBody弯曲
基于轮胎磨损的外倾角与前束值匹配研究
（青岛理工大学）
【摘要】外倾角与前束值匹配关系对车辆轮胎磨损及高速直线行驶稳定性有很大影响。采用多项式逐步回归方法
分析车辆行驶里程与外倾角、前束值之间的函数关系，采用Adams/car建模分析车轮跳动对定位参数的影响并找出轮胎异常磨损的主要因素，运用双滑板侧滑试验得出车辆侧滑量最小时的前束值，并对外倾角和前束值进行了调整优化。
主题词:外倾角前束值轮胎磨损侧滑
文章编号:（9-04
中图分类号:U463.341文献标识码:A
AResearchontheMatchingBetweenCamberAngleandToe-in
AngleBasedonTireWear
SongNianxiu,FanPan,HuShaowen,XuJin,LiuPeng
（QingdaoTechnologicalUniversity）
【Abstract】Thematchingrelationbetweenthecamberangleandtoe-inanglehasasignificantimpactontirewearandstraight-linedrivingstabilityathighspeeds.Byusingpolynomialstepwiseregressionmethod,thepaperanalyzesthefunctionrelationshipbetweenthemileageandthecamberangleortoe-inangle,andusesADMAS/Carmodelingtoanalyzetheinfluenceoftirerunoutonpositionalparameterandidentifythemainfactorscontributingtheabnormalwearwealsoadjustandoptimizethecamberangleandtoe-inangle.
oftire.Byusingdoubleskateboardsidesliptest,weobtainthetoe-invalueattheminimumvehiclesideslip,meanwhile
Keywords:Camber,Toe-in,Tirewear,Sideslip
汽车在平直公路上行驶时，外倾会使轮胎向外侧
偏移，前束会使轮胎向内侧偏移。前束是为了克服外倾带来的不利影响而设置的，前束值与外倾角的合理
黄成刚,刘永超,唐述斌.汽车车身频率响应分析.湖北汽车工业学院学报,）:25~29.用.汽车技术,2009（12）:41~44.
周建文,庞剑.NTF分析在车内结构噪声问题整改中的应王玉超,张利明,周建文,等.传递函数法解决排气系统挂钩的共振问题.汽车技术,2011（2）:30~33.
吴光强,盛云,方圆.基于声学灵敏度的汽车噪声声-固耦合有限元分析.机械工程学报,）:222~228.与自动化,2007（1）:73~74.
曹妍妍,赵登峰.有限元模态分析理论及其应用.机械工程
（责任编辑
修改稿收到日期为日。
和扭转模态的频率值。
当车身左、右两侧振幅较大时合成加速度均值曲线存在峰值，该峰值对应的频率值极有可能是典型的整车弯曲和扭转模态频率值。若在合成加速度均值曲线峰值对应的频率处，同时存在差值加速度均值曲线峰值，则可能在该频率处存在弯曲模态耦合部分扭转模态的情况。在局部模态较多和弯扭耦合比较严重的情况下，应用该方法能够减少错误判断整车主要典型模态的机率，具有一定的工程意义。
杨搏,朱平,余海龙,等.基于模态分析法的车身NVH结构灵敏度分析.中国机械工程,）:361~364.
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