167_聂祚兴_车身接附点动刚度仿真及试验对标分析

关键词：动刚度 接附点 仿真 试验 HyperWorks Abstract: As the body's interface attachment points dynamic stiffness reflecting the transmit
level between the main excitations and internal response, optimizing the IPI(Input Points Inertance) of the attachment points could improve the vehicle's NVH performance significantly. In this paper, a sedan's IPI simulation, test and benchmark analysis of the left shock absorber MNT points in front suspension and the right spring MNT points in rear suspension were carried out by HyperWorks, and the accuracy and efficiency of the analysis were verified by the results. The application has validated the important guiding significance to the continuous optimization and improvement in engineering. Key words: Dynamic Stiffness, Interface Attachment Points, Simulation, Test, HyperWorks
5 参考文献
[1] 顾 宇 庆 , 李 俊 鹏 , 粱 新 华 等 . 轿 车 副 车 架 连 接 点 动 刚 度 试 验 分 析 [J]. 杌 械 研 究 与 应 用,2012,122(6):71-73. [2] 王 志 亮 , 刘 波 , 桑 建 兵 等 . 动 刚 度 分 析 在 汽 车 车 身 结 构 设 计 中 的 应 用 [J]. 机 械 设 计 与 制 造,2008,2:30-31. [3]张守元,张义民,戴云等.车身连接点动刚度分析与 NVH 性能改进研究[J].汽车技术,2010,10:26-29. [4] 朱 茂 桃 , 范 俊 , 何 志 刚 等 . 微 型 轿 车 白 车 身 模 态 试 验 与 分 析 [J]. 重 庆 交 通 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版),2010,29(4):659-662. [5]李建康,郑立辉,宋向荣.汽车发动机悬置系统动刚度模态分析[J].汽车工程,2009,31(5):457-461.
Altair 2013 技术大会论文集
车身接附点动刚度仿真及试验对标分析 Dynamic Stiffness Simulation and Benchmark Analysis for Body's Interface Attachment Points
聂祚兴 周建文 (中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆，40039)
(1)
Ms
N
2
K jG X (s) F (s)
(2)
采用复模态分析法，即可得到结构的动刚度(位移阻抗)：
H s ( )
r 1
1

T
K
r
2 M r jr K r
(3)
其中， 为结构阻尼系数， g / k 。 加速度导纳是指单位激振力所产生的加速度响应，它与动刚度存在倒数的关系，加速度响应越 大，表明结构的动刚度越小。工程中，一般都是通过频率响应分析，得到原点的加速度响应，然后 经过积分、倒数等运算得到结构的动刚度特性[2]。由式(3)，可得到加速度频响函数(加速度导纳函数) 为：
3.4 车身接附点动刚度对标分析
将前悬架左侧减震器 MNT 点所采用的夹具有限元离散化之后导入仿真模型中； 修改仿真分析中 后悬架右侧弹簧 MNT 点的加速度拾取位置，使其与动刚度试验保持一致[5]。其中，后悬架右侧弹簧 对标模型如下图 11 所示。
图 11 后悬架右侧弹簧对标模型 将对标分析的仿真模型再次进行模态频率响应求解，并将其结果与试验曲线对比，结果如下图 12-17 所示。
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3.2 车身接附点动刚度试验
测试车身结构的固有振动特性时，要求车身结构在支撑件上的固有频率与车身结构所关注的固 有频率之比小于 1/3。为满足上述要求，采用橡皮绳将车身水平悬挂于桁架上，悬吊频率为 1Hz，远 小于车身的一阶固有频率的 1/3。
图 2 接附点动刚度试验悬挂方式 为了使车身接附点本身能够作为一个整体来考虑其刚度大小，保证试验与实车使用状态尽可能 一致， 同时兼顾到可行性， 需要采用特定的夹具或在试验过程中选取易操作的拾取点。 本次试验中， 前悬架减震器 MNT 点所采用的辅助夹具如下图 3 所示，后悬架右侧弹簧 MNT 点的加速度响应拾取 位置如下图 4 所示[3]。
图 16 后悬架右侧弹簧 MNT 点 Y 向动刚度对标分析曲线 图 17 后悬架右侧弹簧 MNT 点 Z 向动刚度对标分析曲线
从图 12-17 的对比可以看出：对标曲线和试验曲线在 20-500Hz 频率区间内具有较为一致的趋 势，而且幅值也基本相当。对比结果表明，以某型轿车为例的车身接附点动刚度试验方法合适，仿 真模型准确，两者具有较好和一致性和精确度，所建立有限元模型可以运用到后续的仿真及优化分 析中。
图 12 前悬架左侧减震器 MNT 点 X 向动刚度对标分 析曲线
图 13 前悬架左侧减震器 MNT 点 Y 向动刚度对 标分析曲线
图 14 前悬架左侧减震器 MNT 点 Z 向动刚度对标分 析曲线 -5-
图 15 后悬架右侧弹簧 MNT 点 X 向动刚度对标分析 曲线
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图 3 前悬架左侧减震器 MNT 点
图 4 后悬架右侧弹簧 MNT 点
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采用声振测试分析系统进行接附点动刚度测试，采样频率 1024Hz，力锤激励信号施加力窗函 数，响应信号施加指数窗函数，以减少泄漏误差。比较同一工况下的 3 组数据，每两组之间加速度 有效值的差别不能过大，相干系数应达到 90%，否则数据无效，需要重新测量，直到 3 组数据之间 每两组数据之间加速度有效值之间非常接近，从而得到各接附点的动刚度曲线[4]。
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2 动刚度分析基本理论
动刚度是指引起单位位移量所需要的动态力，反应的是结构抵抗预定动态激扰能力的能力。结 构的振动微分方程[1]可以表达为：
mx k x j g x f (t )
其中， g 为结构损耗因子。 对等式两边进行拉普拉斯变换，有：
摘 要：车身接附点动刚度反映汽车主要激励与车身间的传递特性，对接附点动刚度的分析及优化
能够显著提高整车的 NVH 性能。以某型轿车为例，采用有限元分析软件 Altair HyperWorks 对其前 悬架左侧减震器 MNT 点、后悬架右侧弹簧 MNT 点动刚度进行了仿真、试验及对标分析，结果表明 所采用仿真及试验方法准确可靠，对后续优化和改进具有重要工程指导意义。
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( j )2 T H a ( ) 2 r 1 K r M r jr K r
N
(4)
3 应用实例
3.1 车身接附点动刚度有限元分析
本文以某型轿车为例进行车身接附点动刚度有限元分析。采用有限元软件 网格单元主要以四边形壳单元为主，单元总数约 64.5 万，节点总数约 66.9 万。
3.3 车身接附点动刚度结果对比
将试验所得到的动刚度曲线与仿真结果相对比，如下图所示 5-10 所示：
图 5 前悬架左侧减震器 MNT 点 X 向动刚度对比曲线
图 6 前悬架左侧减震器 MNT 点 Y 向动刚度对比曲线
图 7 前悬架左侧减震器 MNT 点 Z 向动刚度对比曲线
图 8 后悬架右侧弹簧 MNT 点 X 向动刚度对比曲线
图 9 后悬架右侧弹簧 MNT 点 Y 向动刚度对比曲线
图 10 后悬架右侧弹簧 MNT 点 Z 向动刚度对比曲线
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从图 5-10 的结果对比中可以看出，前悬架左侧减震器 MNT 点、后悬架右侧弹簧 MNT 点的试验和 仿真动刚度曲线在幅值与峰值频率上都存在较大差别。 考虑到仿真分析工况在试验中的不可实现性， 两者边界条件和拾取位置的不一致可能是造成差别的主要原因。
1 引言
随着人们对驾驶及乘坐舒适性要求的不断提高，汽车 NVH 性能也逐渐成为消费者考虑的主要 因素之一。 车身接附点动刚度反映了汽车主要激励与车身间的传递特性，对驾驶室振动和噪声控制有着重 要影响。车身接附点动刚度能够在车身设计阶段通过频率响应分析准确预估，从而尽早发现和修正 潜在的设计问题，提高产品的性能及设计周期。这一指标也越来越受到汽车设计工程师的重视。 为了使车身接附点能够作为一个整体反应其动态性能，同时兼顾到可行和易操作性，需要在接 附点安装特定的夹具。仿真分析与试验间存在相互检验、互相验证的作用，考虑到标准动刚度分析 工况在试验时的不可实现和差异性，试验与仿真的对标分析就具有重要的意义。 轿车车身接附点主要包括发动机悬置安装点、 减震器安装点、 拖曳臂安装点， 副车架安装点等， 这些安装点反应了汽车车身所承受的最主要的激励位置。本文以某型轿车为例，对车身前悬架左侧 减震器 MNT 点、后悬架右侧弹簧 MNT 点进行了动刚度的仿真、试验及对标分析，结果表明所采用 仿真及试验方法准确可靠，对提高整车 NVH 性能具有重要工程指导意义。