CAE在汽车车身NVH设计及优化中的应用

CAE在汽车车身NVH设计及优化中的应用

东北大学车辆工程1002班白国星20102255

【摘 要】 本文阐述了在轿车开发过程中，如何应用CAE分析技术提高整车的NVH性能，并运用CAE技术对某轿车进行了结构分析与优化设计。基于数模建立有限元模型后，用CDH/AMLS软件结合NASTRAN软件计算了车体及车室内流体固有模态，运用流固耦合技术获得激励下的车体振动及车室内声学特性结果，用CDH/VAO软件对车身结构不合理之处进行了优化，实现了满足目标要求的NVH性能。 【关键词】 CAE NVH CDH 优化 有限元法 汽车

Application in NVH Design and Optimization of Car with CAE

Techlonogy

Abstract: This paper expatiates how to improve the NVH performance with CAE technology, and it has been used for the analysis about structure and the optimization about car design in a passenger vehicle. Created the FEA modal based on the CAD modal, then calculated the inherent modal and interior fluid of vehicle body with CDH/AMLS software combining NASTRAN software. Got the results of body vibration and indoor acoustic characteristics under the power with solid-fluid interaction technology, and optimized the unreasonable structures of body with CDH/VAO software, achieved the better NVH performance to meet the target requirements. Key words: CAE, NVH, CDH, Optimize, FEM, Car

目录

1 综述 ............................................................................................................................................. 0 2 模态分析 ..................................................................................................................................... 0 3 车身怠速振动分析 ..................................................................................................................... 1

3.1 计算用模型 ....................................................................................................................... 1 3.2 激振力 ............................................................................................................................... 1 3.3 评价点 ............................................................................................................................... 1 3.4 计算结果 ........................................................................................................................... 2 3.5 对结果的评价 ................................................................................................................... 3 4 车室内噪声灵敏度分析 ............................................................................................................. 3

4.1 计算所用结构和声腔模型 ............................................................................................... 3 4.2 评价点 ............................................................................................................................... 3 4.3 载荷 ................................................................................................................................... 3 4.4 计算结果 ........................................................................................................................... 3 4.5 对结果的评价 ................................................................................................................... 4 4.6 对车身结构的改进 ........................................................................................................... 4 5 结论 ............................................................................................................................................. 7 参考文献 ......................................................................................................................................... 8

1 综述

相对于CAE在车身强度、刚度领域内的应用，NVH的CAE技术在中国起步比较晚，NVH的建模方法以及计算方法还处于摸索阶段。但随着计算机的能力及容量的越来越强大，软件技术的成熟，计算结果的精度越来越高，计算方法越来越科学，CAE在汽车的NVH开发设计当中所发挥的作用也越来越大。在汽车开发设计的初期，就已经开始了NVH的各项规划，甚至在样车完成之前或设计图纸完成之前，通过对现有车型的对比，就可以预先得到新开发车型的NVH性能指标，并在此基础上，对设计的各个环节加以优化及完善。无论是从设计成本上，还是从开发周期上考虑，都为车厂更快、更好地开发出新一代车型来提供了强有力的保障。可以预测，NVH的CAE技术，在汽车设计开发及改进领域内的应用会越来越广泛，而其本身也会越来越成熟，成为人们进行汽车设计开发所不可或缺的工具[1,3]。

2 模态分析

对白车身进行模态分析，求得结构的固有频率和振型，从而了解结构的动态特性。获得车身的模态有试验和有限元计算两种方法。而法是最常用的一种方法，根据目特性知识的掌握，利用有限元法验测试结果相比，可以控制5%的NASTRAN软件配合CDH/AMLS前提下加速模态计算[2]。模态计算目标值来源于参考车的试验数据以及竞争车型的相关数据，并与身有限元模型如图1所示，固有车身一阶扭转如图2所示，车身

表1 白车身固有频率值

图1 白车身有限元模在样车制造出来这前，有限元前成熟的软件以及对材料物理计算得到的车身模态值，与试误差范围内[1]。我们采用软件，后者可以在保证精度的后结果评价的过程中，评价的及CAE分析结果，开发车级别厂商协商后最终确定值。白车频率和对应振型如表1所示，一阶弯曲如图3所示。

骨格扭转 前端弯曲 骨格弯曲 骨格弯曲 骨格扭转

阶 次 1次 — 1次 2次 2次 计算值 39.11Hz 46.76Hz 50.28Hz 55.05Hz 57.40Hz 目标值 33.42Hz 38.27Hz 44.67Hz 48.05Hz 49.41Hz

图2 白车身一阶扭转振型图 图3 白车身一阶弯曲振型图

3 车身怠速振动分析

车身的设计对结构传递噪声十分重要。车身所受各种激励引起的结构振动和结构噪声的特性直接表明车身设计的优劣。好的车身支撑点的激励敏感度低，即激励力引起的振动和噪声的响应值低[1]。研究整车的结构振动和噪声最关心的一个问题是在悬置处的减振效果，或激励力传递的衰减量。

3.1 计算用模型

振动分析所使用的模型是在白车身的基础上，增加了车门、发动机罩盖、尾门、油箱、方向盘、内饰件及集中质量等模型。其中集中质量用来模拟一些在建模过程中忽略的元件，如配线、电机、小的支架等，如下图4所示。

3.2 激振力

引起整车振动和噪声的激励力很多，分布在整车各处。其中尤其以发动机和轮胎作为激振动力源传来的激振力为主。而激振力的大小又非常复杂，难以测定。为建立一个统一的标准，在CAE计算时，通常采用在相关位置输入某特定大小的激振力作

为载荷输入，计算出各个评价点的响应，以此来评价一部车的NVH特性。

图4 振动分析有限元模型 3.3 评价点

响应点共分三组，如表2所示：

表2三组评价点位置说明

Ⅰ Ⅱ Ⅲ 评价点 座 椅 地 板 方向盘 位 置 驾驶席、后排座椅 前、后地板 外 缘 3.4 计算结果

车身钢板在激振力作用下产生强迫振动响应，其振动加速度A与激振力F的比值定义为结构板的导纳响应传递函数Y。此函数Y是频率的函数，而且是复数，振动响应曲线如图5所示，其中纵轴单位：导纳（（m/s2）/N）；横轴单位：频率（Hz）。

Inertance (m/s2)驾驶席脚下-Eng_Mt加振X加振X响应Y加振Y响应Z加振Z响应050100Frequence (Hz)150200

Inertance (m/s2)驾驶席脚下-Fr_tower加振X加振X响应Y加振Y响应Z加振Z响应050100Frequence (Hz)150200

驾驶席脚下-RollMt加振Inertance (m/s2)X加振X响应Y加振Y响应Z加振Z响应050100Frequence (Hz)150200

驾驶席脚下-TM_MtX加振X响应Y加振Y响应Z加振Z响应Inertance (m/s2)050100Frequence (Hz)150200

图5 评价点振动响应曲线

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