车身有限元模态分析与试验模态分析比较
利用CFAST单元模拟焊点白车身模态分析
利用CFAST单元模拟焊点白车身模态分析王力;臧孟炎;邓雄志;毕锦烟【摘要】CFAST类型焊点单元在建模时不要求网格节点对齐,是一种效率较高的焊点模型.但是CFAST单元在车身模态分析方面的应用研究较少.详细讨论了CFAST 单元的使用方法,并利用CFAST模拟焊点建立某A级轿车白车身模型进行模态分析.有限元模态分析与模态试验结果的对比表明,CFAST单元模拟焊点,在模态分析中具有较高的计算精度.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2014(004)002【总页数】5页(P125-129)【关键词】CFAST;焊点;白车身;模态分析【作者】王力;臧孟炎;邓雄志;毕锦烟【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东,广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东,广州511434;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东,广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东,广州511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东,广州511434【正文语种】中文【中图分类】U463.82+1CAE技术在汽车行业的应用日益成熟。
通过CAE技术的应用，使整车开发周期大为缩短，开发效率大幅提高。
同时，技术人员通过大量的工作，使有限元模型能够得到更加准确的计算结果，进一步提升仿真驱动设计的能力[1]。
在焊点模拟方面，早期的处理方式是采用CBAR、RBE2等刚性单元模拟[2]，这种类型单元要求所焊接的两层壳单元之间节点对齐，因此需要在建立焊点时重新划分局部网格。
对于拥有4 000～6 000焊点的白车身而言，这将带来大量的工作。
为此，MSC Software公司先后推出了ACM2、CWELD和CFAST单元，这3种焊点单元在建模时均不要求单元的节点严格对齐，具有很高的效率[3-4]。
关于ACM2和CWELD焊点单元的应用，技术人员进行了大量的研究[5-9]，但是CFAST单元的应用研究较少。
轿车车身分析模态与试验模态对比研究
在 市场 竞 争 Ｈ趋激 烈 的现代 汽 车Ｔ 业领 域 ． 缩 短 新车 型开发 例期和 降低 成本 已成 为汽 车设 计发展
的必然 趋势 、有限元 法为 车身结构设 计提 供 了先进 的手段 ． 在设 汁仞期对 车身进 行有 限元 计算 ． 以找 可 出设 汁中的问 题
在利 川 白车身有 限元 模 型进 行其静 力学 和动力
计 算 种 应 用 ｌ
向． Ｙ轴指 向车 身 右方 与 轴 在 同一 水 平 面 内且 夹 角为 ９ ０度 ． 轴 指 向正上方 与 ｘ 面垂 直 Ｚ ｙ平 第 一阶模 态 ： 率 为 ３ ． ｚ 顶篷 ｙ向一 阶弯 频 ０９ Ｈ ， ２ 曲 ， 板绕 轴 晃动 （ 图 ２ 。顶篷 振 动 幅度较 大 ． 地 见 ）
・
３ ・ ６
维普资讯
轿车车身 分析模态与 试验模态对比 研究／ 青松 夏
首 先对 车身 模 型 的整 体笛 卡 儿坐 标 系做 说 明 ：
坐标系原点 位 于车身左 右对 称 面内 ．不 含发 电机舱
最 前端 ． 含纵 横梁最 下端 ． 不 其 轴指 向车身前 后方
维普资讯
计 算 椒 粥
汽 科 第１ ０ 年１ 车 技 期２ ８ 月 ０
藏
鳓
夏青 松
பைடு நூலகம்鲫瓣
（ 汉 理 丁 大 学 汽 车 工程 学 院 ， 武 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 立 某 自主研 发 轿 年 自 车身 的 有 限元 模 型 ， 存 保 证 乍身结 构 力 学 特性 的 前 提下 ， 建 并 对 乍身 结 构进 行 简 化 。通
模态 分析 ． 可在 没计初期 对其 结构刚度 、 固有 振 型等 有充 分认 识 ． 町能避免 相关设 计缺 陷 ． 时修 改和 尽 及
试验和有限元计算结果差别分析
模态试验和有限元计算结果差别分析通过模态试验和之前有限元分析结果对比，发现试验和仿真得到的模态结果有所差异，这主要与以下一些因素有关：材料参数在仿真计算中材料弹性模量和泊松比一般为查手册得到的材料参数，有时材料参数为一个区间，在这些材料参数选择中与实际机床结构材料参数特性有差异。
边界条件约束不同（主要原因）在通过有限元进行结构模态分析时，对于床身部件一般采用地脚螺栓面的固定约束，而在实际模态测试中，床身底部是通过垫铁支撑，对于床身实际位移约束能力比地脚螺栓固定小很多，因此在仿真分析中不会出现床身整体的侧向摆动，而在试验测试中就可能会出现这种情况。
另外，在圆柱齿轮磨齿机仿真分析中仅对床身模型进行分析，而实际模态测试中床身上部已经安装了立柱，工作台等部件，边界条件与仿真有所差异。
立柱部件在仿真中一般通过底部丝杠螺母约束前后运动，直线导轨约束另外两个方向运动。
在实际模态测试中圆柱齿轮磨齿机立柱未开启静压，实际处于仅有底部支撑的约束状态，拉刀磨床立柱初步安装在后床身上，同样未完全约束，与仿真中设置的边界条件都有所差异。
另外，圆柱齿轮磨齿机的立柱部件已经安装前部滑座和磨具等部件，这与仿真中仅分析立柱机构本身的情况有所不同。
仿真结合面处理和实际情况不同在仿真计算中由于缺少结合面刚度和阻尼参数数据，在结合面处理中滑动连接（如直线导轨）采用不分离无摩擦模拟，固定连接（如螺栓连接）采用粘接处理。
这些处理方式与机床结构实际结合面状态不同，对结构模态分析结果造成影响。
可以通过进一步的试验技术，对运动结合面（直线导轨，静压导轨等）和固定结合面（螺栓连接）进行模态参数识别，得到其刚度和阻尼参数，进而完善有限元计算模型，提高仿真计算精度。
部件实际质量差别对于修整器等部件进行仿真分析时，由于缺少电机，轴承等标准件和外购件模型，只保留主体结构件进行模态仿真。
在实际模态测试中，修整器部件中已经安装电机等零部件，相当于质量增加，结构改变，所以会与仿真结果有所差异。
车身有限元模态分析与试验模态分析比较
车身有限元模态分析与试验模态分析比较Comparison of the FEM Modal Analysis and Test Modal Analysis forBody of Mini-Truck周定陆(长安汽车公司技术中心汽车工程设计所)摘要:本文利用MSC.Nastran有限元分析软件和MSC.Patran前后处理软件，微型货车车身进行了FEA建模，并进行了车身模态的理论计算分析，理论模态分析结果与试验模态分析结果进行了对比，对比结果证明了理论分析和试验分析的一致性非常好，这说明了此部分的分析工作完全可以利用计算机来代替试验室的大量同类试验工作，并且可以在还没有设计样车的设计过程中进行。
关键词：汽车、车身、模态分析Abstract: In this paper, a FEA model of a mini-truck was established and the FEM modal frequencies of BIW was analyzed by author with MSC.Nastran analyzing software and MSC.Patran pre/post processing software. Compared results of calculating and testing modal analysis. It is proved that calculating and testing results almost is the same. This means calculating modal analysis in computer can replace testing modal analysis in laboratory and doing it without design prototype of a mini-truck.Keyword: Automobile/Body in white/Modal analysis1前言在汽车产品设计中，预先掌握所设计产品的动态特性，从动态角度对产品进行设计，使所设计的产品满足动态要求，是非常重要的。
汽车车身模态分析研究综述
汽车车身模态分析研究综述北京信息科技大学研1202班姓名：曹国栋学号：2012020045摘要：车身是汽车的关键总成。
它的构造决定了整车的力学特性，对白车身进行模态分析不仅能考察车身结构的整体刚度特性，而且可以指导人们对车身结构进行优化以及响应分析。
因此，研究车身模态分析具有重要的意义。
本文综述了近几年国内外在车身模态分析领域内的研究，总结了研究理论和试验方法，并进行归纳。
最后，对未来的研究工作提出了一些展望。
关键词：车身；模态分析；有限元模态；试验模态；结构优化0 前言随着计算机技术的发展和仿真技术、有限元分析技术的提高，计算机辅助设计和分析技术几乎涵盖了涉及汽车性能的所有方面，如刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等，各种计算机辅助设计软件为汽车设计提供了一个工具平台，极大地方便了汽车的设计。
车辆在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等。
如果这些振源的激励频率接近于车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏。
为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身结构的固有频率进行分析，通过结构设计避开各种振源的激励频率。
车身结构模态分析是新车型开发中有限元法应用的主要领域之一，是新产品开发中结构分析的主要内容。
尤其是车身结构的低阶弹性模态，它不仅反映了汽车车身的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。
有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识汽车结构动态性能的一种有效的手段，在汽车车身动态性能研究中得到了广泛应用。
采用有限元方法对白车身进行模态分析，识别出车身结构的模态参数，并通过模态试验验证了有限元模型的正确性，为改型设计提供参考依据，是汽车开发设计与优化的一般流程。
因此，研究车身结构模态分析，进行车身轻量化设计和优化，对于提高国产轿车的自开发与科技创新能力，具有重要的理论意义和工程实用价值。
某商用车白车身仿真模态与试验对标
10.16638/ki.1671-7988.2019.14.044某商用车白车身仿真模态与试验对标邢建，高志彬*，张明，郝大亮，陈守佳（青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛266520）摘要：文章通过对某车型白车身仿真模态与试验模态的对比分析，以试验模态数据为真实数据作参考，对试验与仿真中局部应变能和位移较大位置进行分析并加以改进，优化后的仿真模态参数与试验模态参数基本一致，最终结果符合要求。
此方法可缩短研发周期，提高仿真结果的准确性。
关键词：白车身；仿真模态；试验模态；优化中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)14-135-03Simulation Modal and Test Benchmarking of a Commercial Vehicle's Body-in-White Xing Jian, Gao Zhibin*, Zhang Ming, Hao Daliang, Chen Shoujia ( School of Mechanical & Automotive Engineering Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520 ) Abstract: Based on the comparative analysis of simulation modal and test modal of a car body-in-white, and taking the test modal data as a reference, the local strain energy and displacement position in the test and simulation are analyzed and improved. The optimized simulation modal parameters are basically consistent with the test modal parameters, and the final results meet the requirements. This method can shorten the development cycle and improve the accuracy of simulation results. Keywords: White body; Simulation mode; Test mode; OptimizationCLC NO.: U463.82 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)14-135-03引言随着计算机科学的发展与完善，有限元分析越来越多的应用在了汽车领域。
基于LMS Virtual.Lab的车身模态分析和试验验证
基于b的车身模态有限元分析及试验验证王永利赵永宏周文超一汽技术中心摘要：车身模态分析就是研究车身振动特性的主要方法，其具体研究方式可分为试验模态分析和有限元模态分析两种方法。
基于有限元方法的模态分析，由于在建模过程中引进了一系列人为假设，因而导致了计算结果存在误差。
而试验模态分析是建立在试验基础上，所得到的动态特征参数则比较真实地反映了物理模型的的动力学特性。
本文分别用两种方法对乘用车白车身的模态进行分析计算，并对两种方法计算的结果进行对比验证。
进而为模态灵敏度分析、模态修正以及FEM校正等工作奠定了基础。
关键词：白车身模态分析试验模态有限元模态模态验证1.前言车辆在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等。
如果这些振源的激励接近车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏，为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身的振动特性进行分析，通过结构设计避免开各种振源的激励频率。
车身的模态分析技术就是解决车身振动问题最有效、最经济的方法。
车身的模态分析技术分为有限元模态分析和试验模态分析。
这两个方面的运用和发展相辅相成，能有效车身结构的振动问题。
特别是计算机技术的高速发展，有限元分析技术成熟的应用，在车身概念设计间段就可以对车身的振动特性进行详细的分析预测，对结构的设计更改提供可靠的数据，这样大大缩短了汽车的开发周期，降低开发成本。
有限元模型的建立，在边界条件的处理及力学模型的简化上，往往与实际结构相差较大，这样便会导致有限元模型的计算结果不可靠，失去实用价值。
用试验模态分析的模态参数对有限元模态分析的结果进行验证并修正有限元模型，使其更能符合实际从而提高有限元分析的精度。
本文对乘用车白车身的模态首先进行有限元分析，然后对对白车身样车进行试验模态分析，用试验模态参数对有限元模型计算结果进行对比分析验证。
轻卡白车身有限元模态与试验模态的对比研究
第一作者：祝慧，女，1982年
生，硕士，现从事车身设计工
作。
，材料属性如表1所示。
模拟中为自由模态分析，不施加任何边界条件。
表1 白车身模型材料属性
泊松比-3
密度，kg·mm
0.3 0.4
-6 7.85×10
-6 1.00×10
图1 白车身有限元模型
3.2 试验模型的建立
试验前做了大量的准备工作，包括选择悬挂点、制作连接件、调整悬挂位置、选择激振点、定位测点等，正式试验前还进行了预备性试验，以确保整套测试系统包括测量方法和试验条件的可靠有效。
此次试验采用了多点激振下的三向传感器测试，激振信号采用随机触发信号。
(图3 试验驾驶室
图4 试验模型测点布置图
白车身有限元模态频率、试验模态频率及振型描述如表2所示，从表2可看出，一阶扭转与二阶扭转的模态频率误差相差较大，在10%之内；两者一阶弯曲模态频率相差4.7%，而两者在驾驶室膨胀与整体上下弯曲的模态频率误差较小约3%，顶棚二阶纵图2 模态试验测试分析系统连接关系示意图
. All Rights Reserved.
59
图5 一阶扭转分析模态 图6 一阶扭转试验模态 图7 一阶弯曲分析模态 图8 一阶弯曲试验模态
图9 二阶扭转分析模态图10 二阶扭转试验模态(上接第69页)
4.3 附件舱
附件舱包括灭火器存放舱、消防演示5.2 消防演示系统
消防演示系统由灭火器、消防带、煤
. All Rights Reserved.。
轿车白车身的有限元模态与试验模态分析研究
Ｑ Ｕ Ｂ ｎ Ｈ Ｎ ａ— ｈ ｎ ， Ｈ Ｎ ｉ—ａ Ｉ ｉ，Ｚ Ａ Ｇ Ｄ ｉｓｅ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｌｎ ｔｏ
（ ｅｅ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｈ ｆｉ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｈ ｆｉ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｃ ｎ ｌ ， ｅｅ ２ ０ ０ ， ｈ ） ｅ ｉ Ｔ ｇ ｎ
中图分类号 ： ４ ３８ Ｕ ６ ．２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ ３ ３４ （０ ８ ０ — ０ ３ ０ １７ — １２ ２ ０ ）１ ０ ２ — ３
Ｆｉ ｉｅＭ ｏ ｅ ｎ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ｒＢｏ ｙ ｉ － ｈ ｔ ｎ ｔ ｄ ｌ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｄ ｌ ａ Ｍ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ Ｃａ ｄ － ｎ Ｗ ｉｅ
梁 类结 构 件 ， 括前 后纵 梁 、 包 门槛 、 门柱 、 窗柱 、 后 前
风 窗上 横 梁 、 门上 横 梁 、 横梁 及 锁 板 ； 前 二是 板类 内
疲劳损 坏 ， 车身 表面保 护层 有频 率 进 行 分析 ， 以提 高
维普资讯
２０ 第 １ ０ ８年 期
农 业装 备与 车辆 工程
Ａ ＲＣ Ｌ Ｕ Ａ Ｑ ＩＭＥ Ｔ＆ Ｖ Ｈ Ｃ Ｅ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ ＩＧ Ｇ Ｉ Ｕ Ｔ Ｒ ＬＥ ＵＰ Ｎ Ｅ ＩＬ Ｎ ＩＥ ＲＮ
Ｎｏ １ ２ Ｈ８ ． ０ ０
（ 总第 １８ ） ９期
个方 面 的零部 件 的 内容 ，一是空 间基 本完 整闭合 的
烈 。 得缩 短新 车 型 的开 发周 期 和 降 低成 本 成 为 汽 使
车 丁业 发展 的必 然要 求 。 汽 车 车 身 结 构 是 一个 无 限 多 自由度 的振 动 系 统 ，汽车在 行驶 的过 程 中受 到 外界 的时 变激励 产 生 振动 。当外 界 的激振 接近 系统 的 固有频 率时将 发 生 共振 ， 产生 剧 烈振动 和 噪声 ， 会 还会 导致 部件 的早 期
某轿车自车身模态分析
；
ｓ￣ ｏｅｏ Ｈ ｐ ｒ ｓ ， ｄｔｅｗ ｌｉ －ｐ ｔ ａ ｉ ｕａｅ ｉ ｅｍ ｅｅ ｅ ｔＡ ｍ ｄｌ ａ ｓ ａ ； ｏ ｗ ｌ ｙ ｅＭｅｈ ａ ｅ ｎ ｓｏ ｓ ｓｍ ｌｔ ｗ ｔ ｂａ ｌｍ ｎ ａ ａ ｌ ｉ ｗ ｊ ｆ ｎ ｈ ｄｇ ｗ ｄ ｈ ． ｏ ｙｓ ｓ ｎ
Ｙ Ｇ Ｎ ａ －ｉｎ １ Ｑ ＡＮ Ｌ－ｕ Ｇ Ａ ｈ ｎ — ｉｇ ＡＮ ｉ ｊ ｇ， Ｉ ｉ ｎ， Ｕ Ｎ Ｃ ａ ｇ ｍ ｎ ｎ ｏ ２ ｊ
（Ｓ ｈ ｏ ｏ ｃ ｉｅ ｎ ｕｏ ｏ ｉ ｎ ｉｅｒ ｇＨｅ ｉ ｎｖ ｒ ｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｈ ｆ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ ｃｏ ｌ ｆ Ｍａｈｎ ｒ ａｄＡ ｔｍ ｂｌ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｆ ｉ ｓ ｙ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ， ｅｅ ２ ０ ０ ， ｈｎ ） ｙ ｅ ｎ ｎ ｅ Ｕ ｅ ｉ Ｔ ｉ
杨 年炯 钱 立军 关长 明 ｔ ，
（合肥 工业大 学 机械 与汽 车学院 ， 肥 ２ ００ ） 广 西工学 院 汽车 系 ， 合 ３０ ９（ 柳州 ５ ５０ ） ４ ０ ６
Ｍｏ ａ ｎ ｌｓｓ ｏ ａ ｏ ｙ ｉ ｉ ｄ ｌ ａｙ ｉ ｆａ ｃ ｒｂ ｄ ｎ ｗｈｔ ａ ｅ
第 ２期
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅ ｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕ ｅ ２５ ３
２１ ０ ０年 ２月
文 章 编 号 ：０ １ ３ ９ （ ０ ０ ０ — ２ ５ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）２ ０ ３ — ３
某轿车 自车 身模态 分析 木
ｆ ａ ｎｗ ｉ ｔ ｉ Ｆｒ ｌ， ｉ ｉ ｌ ｏ ｎｃ ｒ ｏ ｉ ｈｔ ｓ ｄｅ ． ｉ ｔｆａｌ ｆｎ ｅｅｅ ｎ ｏ ｅ ｏ ｔｅｃ ｏ ｉ ｗ ｉ ａ ｂ ｉ ｂ ｅ ｕ ｄ ｓｏ ｔ ｍｅ ｔ ｄ ｌ ｈ ａ ｂ ＠ ｎ ｈｔ ｗ ｓ ｕｌ ｉ ｍ ｆ ｒ ｅ ｔｎ
试验和有限元计算结果差别分析
模态试验和有限元计算结果差别分析通过模态试验和之前有限元分析结果对比，发现试验和仿真得到的模态结果有所差异，这主要与以下一些因素有关：材料参数在仿真计算中材料弹性模量和泊松比一般为查手册得到的材料参数，有时材料参数为一个区间，在这些材料参数选择中与实际机床结构材料参数特性有差异。
边界条件约束不同（主要原因）在通过有限元进行结构模态分析时，对于床身部件一般采用地脚螺栓面的固定约束，而在实际模态测试中，床身底部是通过垫铁支撑，对于床身实际位移约束能力比地脚螺栓固定小很多，因此在仿真分析中不会出现床身整体的侧向摆动，而在试验测试中就可能会出现这种情况。
另外，在圆柱齿轮磨齿机仿真分析中仅对床身模型进行分析，而实际模态测试中床身上部已经安装了立柱，工作台等部件，边界条件与仿真有所差异。
立柱部件在仿真中一般通过底部丝杠螺母约束前后运动，直线导轨约束另外两个方向运动。
在实际模态测试中圆柱齿轮磨齿机立柱未开启静压，实际处于仅有底部支撑的约束状态，拉刀磨床立柱初步安装在后床身上，同样未完全约束，与仿真中设置的边界条件都有所差异。
另外，圆柱齿轮磨齿机的立柱部件已经安装前部滑座和磨具等部件，这与仿真中仅分析立柱机构本身的情况有所不同。
仿真结合面处理和实际情况不同在仿真计算中由于缺少结合面刚度和阻尼参数数据，在结合面处理中滑动连接（如直线导轨）采用不分离无摩擦模拟，固定连接（如螺栓连接）采用粘接处理。
这些处理方式与机床结构实际结合面状态不同，对结构模态分析结果造成影响。
可以通过进一步的试验技术，对运动结合面（直线导轨，静压导轨等）和固定结合面（螺栓连接）进行模态参数识别，得到其刚度和阻尼参数，进而完善有限元计算模型，提高仿真计算精度。
部件实际质量差别对于修整器等部件进行仿真分析时，由于缺少电机，轴承等标准件和外购件模型，只保留主体结构件进行模态仿真。
在实际模态测试中，修整器部件中已经安装电机等零部件，相当于质量增加，结构改变，所以会与仿真结果有所差异。
电动汽车车身模态分析与实验模态对比研究_夏青松
从表 ２ 中可以看出， 分析模态与实验模态无论 从频率看， 还是从振型看均吻合得比较好， 只在第 １ 阶模态频率误差相对比较大， 但是仍然小于 ５％。 其中有 １ 阶模态频率误差在 ４％～５％， 有 １ 阶模态频 率误差在 ３％～４％， 有 １ 阶模态频率误差在 ２％～３％， 有 ３ 阶模态频率误差在 １％～２％， 有 ３ 阶模态频率 误差小于 １％。这说明了所建立的白车身有限元模 型， 能够比较准确地描述样车的动力学特性， 该模 型可用于分析该样车的结构刚度特性及结构强度 特性等， 对车身上典型连接方式， 如点焊、翻边焊及 螺栓连接等的处理是可行的。 ２．３ 白车身动态特性评价
５ 阶模态： 是频率为 ５３．６９ Ｈｚ 的整车 Ｚ 向 ２ 阶 弯曲模态（ 见图 ６） 。车身在 ＸＺ 平面内弯曲振动。其 弯曲振动的第 １ 条节线位于发动机舱中部， 第 ２ 条 位于 Ｂ 柱与前地板连接处靠后， 第 ３ 条位于 Ｃ 柱与 后地板尾部相交 处 ， ３ 条 节 线 均 垂 直 于 车 身 ＸＹ 平 面内。Ａ 柱、Ｂ 柱、顶棚与 Ｃ 柱相交处是振型腹部位 置。前后悬架在此阶模态中位于靠近节线处， 当有 外界激励输入时， 该阶模态有可能被激起。
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｏｄｙ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔａｌ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒ ｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｏｒ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃａｒ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ｂｏｄｙ． Ｔｈｅ ＦＥＡ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｂｏｄｙ－ ｉｎ－ ｗｈｉｔｅ ｏｆ ａｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｂｏｄｙ＇ ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｍｏｄａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｍｏｄａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｔｅｐｓ ｏｆ ｂｏｄｙ－ ｉｎ－ ｗｈｉｔｅ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ＦＥＡ ｍｏｄｅｌ， ａｎｄ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｂｏｄｙ＇ｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｍｏｄａｌ ｃａｎ ｂｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｌｏｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｂｅｔｔｅｒ ｂｏｄｙ ｍｏｄａｌ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＥＶ Ｂｏｄｙ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ Ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃ
某SUV白车身模态仿真与试验对标分析
20AUTO TIMEFRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨某SUV 白车身模态仿真与试验对标分析唐余林 张红军 单福奎 王朝建 李华彬 王振新宜宾凯翼汽车有限公司 四川省宜宾市 644000摘 要： 以某SUV 白车身为研究对象，基于有限元和试验模态分析理论，建立有限元和几何模型，分析结果。
对比有限元分析模态与试验模态，白车身有限元模型的有效性得以验证，并对两者结果的差异性进行分析。
通过仿真手段对白车身进行分析，可缩短开发周期、降低成本有重要意义，对白车的设计开发有指导作用。
关键词：白车身 模态 仿真 试验汽车在行驶过程中车身会受到外部激励而产生振动，当外部激励与车身系统固有频率一致或接近时将引起共振，共振将导致剧烈振动并产产生结构噪声，还会对车辆部件的耐久可靠性产生严重影响[1]。
故，车身开发前期需对车身模态进行控制，白车身的扭转模态和弯曲模态是车身设计的主要指标，一阶扭转模态频率和一阶弯曲模态频率的高低基本上可以定性的反映扭转刚度和弯曲刚度。
车身开发完成后，可通过试验手段得到车身固有频率、模态振型和阻尼，以评价车身设计是否满足前期定义的工程开发指标。
但必须在白车身装配完成后才能进行试验模态分析，试验模态分析无法在开发前期指导车身结构设计，而有限元分析在车身开发前期便能为结构设计提供指导，两种途径的研究密切相关。
文章对某SUV 白车身通过有限元分析与试验模态分析相结合，得出两者模态，最终，试验模态结果验证有限元模型精度，为车身结构设计提供参考依据[2]。
1 理论模态分析理论模态分析法的变换矩阵以模态矩阵基础，自然坐标基于原物理坐标变换而来，通过变换得到一组互相独立的二阶常微分方程，对该常微分方程方程用单自由度系统的振动方程求解，从而得到自由系统各阶模态的振动，再通过模态叠加原理，回到原来的物理坐标[3-4]。
白车身系n 个自由度的无阻尼振动系统，由于系统的激励和阻尼为零，则系统运动方程可表示为：（1）其中，M 和K 分别为白车身系统的质量和刚度矩阵；和分别为节点的加速度和位移向量，式（1）是常系数线性齐次常数微分方程组，其解的形式为：（2）将式（2）带入式（1），有，由于不能恒等于零，则应有，即：（3）式（3）为式（1）系统的特征方程。
轿车副车架模态试验及有限元分析
１２ 测试及模态参数提取 ． 的传 感器 为压 电晶体 加速 度传 感器 ， 方 向各测一次 ）进行采集 ，最后集 中 处理 。本试验 中使用的数据采集和分
的作 用 ，阻隔并减少这些振动 与噪 声 第一阶 固有频率 （ 有限元计算 为 ６ ８．
动态特性对于研究整车的疲劳特性以及 ：
ＮＶＨ 性 能 有 重要 作 用… 。 目前 ，对 于 部 件 的 模 态 分 析 包 括 段 。 对 构 件 进 行 模 态 试 验 的 方法 具 有 可 信 性 高 的 特 点 ，但 是 在 研 究 开 发 过 程 中 如 需 多 次 试 验 ， 则 必 须 每 次 都 加 工 出 样 品 ， 耗 时 长 ， 过 程 复 杂 ， 而
由于进 行模态试验 时 ，没 有将与 验 结果在模态频率上 ，相对误差的均 车架连接处 的 ４个衬套取下 ，因此这 方根值 ≤５ ％，且误差大的都偏向于较 所影响。所以，为了增加试验结果与有 振力在现实情况下不多。此外 ，各阶模 部分进行修改。以 ＭＰ Ｃ单元模拟衬 的计算结果是准确的，即有限元模型具
有限元仿真以其 简单 、快捷的特点越 来越受歼发者 的青睐 ，但是 由于建模
过程中对一些约束和连接的等效以及结 构 的 简化 处 理 ，使得 一 些 特 征被 忽 略 ，从而使仿真 的结果 出现相应的误 差 。因此 ，将这 两种 方法 结合使 用 ，
ｓ ｂ帆 ｕｆ
；Ｍｏ￣ Ｔ ； Ｆｎｅ Ｅｅ 呐； Ｍｏａ ｎ 蜘 ｄｌ 眦 ｉｔ Ｉ ｉ ｍｅ ｄｌ＾
映试件整体结构振动特性的原则下进行
测点和激振点的布置＿ ，共布置了 ６ ３ １ ４
且成本高 ，不利于缩短 开发周期。而
ｓ ｕ ｔ ｄ ｎ ｝ ｒｓｉ ａ ｒ ｖ ｅ ｓｆ ｌ Ｐ ｆｒ ｎ ｅ ｉ ｌ ｅ ａ ｄ ｔＩ １ ｕｔ ｎ Ｊｏ ｉ ｕｅ ｕ 。 ｅｅ ｃ ｍａ ｅ ｅ ｅ ｐ ｄ ｆ ｐ ｎ ｌ ｉ ｉ ｙｎ ｍｉ ｈ ｒ Ｃ ｅ ｓ ｌｓ ｈ ｎ 托’ ｏ ａ ａ ｎ ｔ ｄ ａ ｃ ￣ ａ ｔ Ｍ ｔｃ ｗ ｅ ｙｚ ｇ ｓ ｃ ｓ ｆｘ ｄ ｎ ｈ ａ ． ｉｅ Ｏ ｔ ｃ ｅ
轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比
轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比
廖林清;徐科峰;雷刚;屈翔
【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(023)001
【摘要】以某轿车白车身为研究对象,利用模态试验分析方法研究该白车身的振动,用随机信号对白车身进行激励,测得固有频率、阻尼、振型等模态参数.并与该白车身的有限元模态分析结果进行对比,用分析结果的差别评价该白车身动态特性.【总页数】5页(P11-14,66)
【作者】廖林清;徐科峰;雷刚;屈翔
【作者单位】重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重庆,400050;重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重
庆,400050;重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重
庆,400050;重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重
庆,400050
【正文语种】中文
【中图分类】U463
【相关文献】
1.管梁式车身骨架模态试验与有限元模态分析对比 [J], 张怡;朱玉强
2.某轿车白车身模态试验分析研究 [J], 张华鑫;童敏勇
3.某轿车白车身模态试验方法分析研究 [J], 汪坤;潘绍飞
4.某轿车白车身模态试验方法分析研究 [J], 汪坤;潘绍飞;
5.轿车白车身的有限元模态与试验模态分析研究 [J], 仇彬;张代胜;张林涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于Hypermesh和灵敏度分析的某车型车门轻量化设计
基于Hypermesh和灵敏度分析的某车型车门轻量化设计Geng Shaofei;Xiang Yu;Shi Ziyu【摘要】为改善某车型车门结构的动、静态性能,通过建立车门的有限元模型,进行了有限元模态分析和试验模态分析,并将有限元计算模态与试验模态进行对比以验证有限元模型的正确性;进而采用灵敏度分析方法筛选出影响车门性能的主要部件,使用最优拉丁超立方设计方法对其厚度进行采样,然后以车门刚度和模态频率为约束条件,以车门总质量极小化为目标函数,构建响应面数学模型,最后选用二次序列规划法对车门结构进行优化,结果表明,优化后车门质量降低的情况下,刚度和动态性能均得到了有效改善和提高.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)023【总页数】5页(P234-238)【关键词】结构优化;灵敏度分析;最优拉丁超立方设计;响应面模型【作者】Geng Shaofei;Xiang Yu;Shi Ziyu【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】U462引言车门作为汽车重要开闭件之一，也是使用最为频繁的总成之一，除了外形美观以外，首先要保证车门具有一定的开闭可靠性和足够的刚度性能，刚度不足，会导致开闭件局部区域出现过大变形，影响密封性和安全性，从而影响车辆的正常使用；其次，车门的固有频率与发动机等激励源的激励频率接近时容易发生共振，影响车辆的乘坐舒适性，为此车门更要满足一定的模态性能，所以对车门进行多目标优化具有非常重要的意义。
近年来，近似优化技术由于其高效、实用的特点受到了越来越多的关注。
近似优化技术是一种能够通过采用相对较少计算量的数学模型来描述和代替复杂的、高成本的试验或数值模拟[1]，它的最大优点是使优化设计过程的计算时间大大降低。
目前比较常用的近似数学模型主要有多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型等。
国内外各高校企业在这些模型上均已开展了相应的应用研究；朱茂桃等[2]以降低车门质量为目标建立了 Kriging模型进行车门质量优化，在保证车门刚度和模态不变的情况下，使车门达到了轻量化要求；马彬彬等[3]建立了径向基神经网络近似模型，使用模拟退火优化算法对车门进行了轻量化研究，优化效果显著；邢志波等人[4]在进行车门多目标优化中，建立了以模态频率最高和质量最轻为优化目标函数的 Kriging模型，得到了车门部件厚度的最优解；更主要的是Shinkyu Jeong等人[5]还将基于遗传算法的Kriging模型运用到空气动力学设计问题中.另外 J.Forsberg等人[6]在研究汽车结构耐撞性优化时也使用了多项式响应面模型和Kriging模型。
电动汽车车身模态分析与实验模态对比研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｆ ｌｃｒｃｖ ｈ ｃｅｏ ａ ｉ ｏ ａ ａ ａ ｉａｌ ｅｓ ｍｅ ｉ ｅｂ ｄ ． ｈ ＥＡ ｍｏ ｅ ｆ ｏ ｙ ｉ — ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｅ ｔｉ ｅ ｉｌ ｒ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｒ ｓｂ ｓｃ ｌ ｔ ａ ｔ ｏ ｙ Ｔ ｅ Ｆ ｄ ｌ ｄ — ｎ ｏｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｙｈ ｎｈ ｏｂ
ｅ ａｕ ｅｂ ｄ ＇ ｄ ｎ ｍｉ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｅ ｌ ｄ ｔ ａ ｅ ｂ ｄ ｄ ｌｃ ｎ ｂ ｖ ｌ ａｅ ｄ ｒ ｔ ｌ ｎ ｏ ａ ｖ ￣ｅ ｔ ｏ ｙ ｓ ｙ ａ ｃ ｈ ｒｃ ｅ ｓｉ ｈ ｅ ｕ ｓｒ ｖ ａｅ ｈ ｔ ｈ ｏ ｙ ｍｏ ａ ａ ｅ ｅ ａｕ ｔ ｄ ｍｏ ｅ ａｅ ｙ ａ ｄ ｌ ｃ ｌ ｌ ｈ ｉ ｃ ｔ ｓ ｃｕ ｅｎ ｅ ｓ ｏｂ ｒｖ ｄ ｓ ｓ ｏ０ ｔ ｉ ｅｔ ｒ ｏ ｙ ｍｏ ａ ． ｔ ｔ ｒ ｅ ｄ ｅ ｉ ｏ ｅ ｏａ ｂ ａｎ ｂ ｔ ｄ ｄ １ ｕ ｒ ｔ ｍｐ ｔ ｅｂ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｅ Ｂｏ ｙ Ｆ ｎｉ ｌｍ ｅ ｔ ｅ ｈ Ｍ ｏ ａ ｎ ｙ ｉ Ｄｙ ａ ｃｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｙ ｒ ｓ Ｖ ｄ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｍ ｄ ｄ ｌ ａ ａ ｓｓ ｌ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃ ｉｔｃ ｅ
引 言
率 和模态 特 性 ， 后 与厂 家 提供 的 实验 模 态结 果 进 然
行对 比 ， 而对 该 白车身 的动 态特 性做 出评 价 。 从
１ 白车 身有 限元模 型
在市 场 竞 争 日趋 激 烈 的现 代 汽车 工业 领域 ， 缩 短 新 车 型 开 发 周 期 和 降低 成本 已成 为 汽 车设 计 发 展 的必然 趋势 。有 限元 法 为车 身结 构设计 提 供 了先 进 的手 段 ，在 设 计初 期 对 车身 进 行有 限元 计算 ， 可
轿车白车身的有限元模态与试验模态分析研究
前言
现代汽车工业的迅速发展，市场竞争的日趋激 烈．使得缩短新车型的开发周期和降低成本成为汽 车工业发展的必然要求。
汽车车身结构是一个无限多自由度的振动系 统。汽车在行驶的过程中受到外界的时变激励产生 振动。当外界的激振接近系统的固有频率时将发生 共振，会产生剧烈振动和噪声，还会导致部件的早期 疲劳损坏，车身表面保护层和车身的密封性的破坏。 因此需要对车身结构的固有频率进行分析，以提高 汽车的安全性、舒适性和可靠性。
图２第８阶：一阶整体扭转 图３第９阶：前部、顶盖弯曲 图４第１０阶：一阶整体弯曲 图５第”阶：一阶整体竖向弯曲
人
图７试验模型测点布置
２．２试验系统分析的建立 试验测量分析系统由三大部分组成：试验激振
系统、拾振响应系统、模态分析和处理系统。其中试 验激振系统包括信号发生器、功率放大器和激振器；
信 数硬
表３解析模态与试验模态对比
人ｆ图１２第３阶：一阶整体竖向弯曲
３计算模态和试验模态对比分析
３．１模态振型提取确认 ＭＡＣ（ｍｏｄａｌ ａｓｓｕｒａｎｃｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）是一个无量纲
单位，范围在０～１间变化，代表了两组模态向量之 万方数据
表３中，试验模态没有与计算模态第９阶对应的 模态．是由刊式验过程中的模态丢失造成的。相互对应 的计算模态和试验模态的误差较小，均在标准以内，表 明有限元模型的精度较高，和试验结果较为吻合。
Ｈｖｐｅｒｍｅｓｈ建立车身模态分析有限元模型。有限元 计算模型的准确度和经济｜生这两个方面对于轿车车 身结构分析都是非常关键的。
收稿日期：２００７—１０—１２ 作者简介：仇彬（１９８４一），安徽利辛县人，硕士研究生，主要研究方向 为车身ＣＡＥ。
万方数据
图１轿车白车身有限元模型
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其计算结果也有较大的差别，表 2 和表 3 的数据表明，要获得高精度的计算结果，计算模型必须具
备一定的规模，规模较小时计算误差较大。
4.3 车身结构的动态分析
汽车行驶时要承受各种来自外界和内部激励源的激励，其中主要的激励来自路面对车轮的冲击
和发动机的振动，研究汽车的动态特性，能有效地分析其舒适性和疲劳寿命。设计汽车时，车身的
分析应用了两各不同规模的有限元模型进行了分析。其结果如表 3 所示。
表 3 不同规模模型计算结果（Hz）
模型 1
模型 2①
两模型
模型规模 阶次 计算值 振 型 模型规模 计算值
振 型 频率差
单元数 190662
1 25.178
弯曲
单元数
33.299 横向弯曲 8.121
MPC 数 310
2 27.409
正常行驶时激振频率：f=（5300±50）/60×2=176.67±1.67 Hz。
正常行驶时，发动机的激振频率已经远大于汽车的整体模态频率，不会引起汽车的共振。但怠
速时，发动机激振频率和白车身主要的前三阶整体模态频率非常接近，即使整车的整体固有频率比
白车身的整体固有频率略微提高，在怠速时也很容易引起车身的共振，影响舒适性与汽车的疲劳寿
摘 要: 本文利用 MSC.Nastran 有限元分析软件和 MSC.Patran 前后处理软件，微型货 车车身进行了 FEA 建模，并进行了车身模态的理论计算分析，理论模态分析结果与试验 模态分析结果进行了对比，对比结果证明了理论分析和试验分析的一致性非常好，这说 明了此部分的分析工作完全可以利用计算机来代替试验室的大量同类试验工作，并且可 以在还没有设计样车的设计过程中进行。 关键词：汽车、车身、模态分析
2002 年 MSC.Software 中国用户论文集
车身有限元模态分析与试验模态分析比较
Comparison of the FEM Modal Analysis and Test Modal Analysis for
Body of Mini-Truck
周定陆 (长安汽车公司技术中心汽车工程设计所)
有限元模型必须具有一定的规模，在设备允许的条件下，应尽可能减少对模型的简化，以提 高分析结果的精度。
主要的影响车辆动态特性的前 3 阶模态过于集中，且和发动机怠速时的激振频率很接近，这 样在怠速时很容易引起整车的共振，这对舒适性和使用是不利的。
白车身的第一阶整体模态是弯曲，第二阶整体模态是扭转，这说明白车身的弯曲刚度低于扭 转刚度。
局部
13
68.10
局部
74.421
局部
14
76.15
局部
2002 年 MSC.Software 中国用户论文集
3.2 主要振型图
白车身有限元理论模态分析结果的前几阶模态振型图，如图 1～4 所示。
图 1 一阶模态振型（纵向弯曲）
图 2 二阶模态振型（扭转）
图 3 三阶模态振型（横向弯曲和扭转组合）
2 几何模型和有限元模型
2002 年 MSC.Software 中国用户论文集
2.1 几何模型
在建立白车身的几何模型时，直接利用 CAD 的设计数据，并根据 FEM 计算的需要和要求，进行 必要的简化之后而得到。由于车身 CAD 设计的特点，在部分零件的 3D 数据之间，存在用于让位的料 缝缝隙，对于料缝缝隙，进行了几何上的协调。建立几何模型时，忽略车身上用于装配其他部件的 螺钉、螺母、零件中面与面之间的较小的倒圆和倒棱以及对力学结构影响较小的一些冲压筋、孔和 一些工艺结构，忽略车身中非重要结构的小零件。对重要零件进行简化时，尽量保持和原始 CAD 设 计的结构一致，在结构上简化较少，以便真实反映零件的结构特征。
Abstract: In this paper, a FEA model of a mini-truck was established and the FEM modal frequencies of BIW was analyzed by author with MSC.Nastran analyzing software and MSC.Patran pre/post processing software. Compared results of calculating and testing modal analysis. It is proved that calculating and testing results almost is the same. This means calculating modal analysis in computer can replace testing modal analysis in laboratory and doing it without design prototype of a mini-truck. Keyword: Automobile/Body in white/Modal analysis
2.2 有限元模型
由于微型汽车车身主要是由钣金冲压件和等半径等厚度的钢管横梁经过点焊和CO2保护焊焊接 后组成，因此用壳体单元Quard4 和部分Tria3 来模拟车身零件的薄板钣金结构和横梁的钢管结构。
在建立车身的几何模型时，需要点焊的地方，加上硬点，点焊焊点采用两种方式处理：①几何 上完全协调，消除了料缝的地方，使两个零件相同位置硬点处的两个节点同节点化，使之连为一体； ②部分有料缝的地方，采用MPC连接两个硬点处的节点。CO2保护焊缝用MPC连接相应位置处的节点 来模拟CO2焊缝。
图 4 五阶模态振型 （整车扭转、驾驶室和风窗对角扭转变形）
4 分析结果讨论
4.1 有限元模型精度验证
有限元模型必须有较高精度，这样其分析结果才是可信的，其分析结论才能在产品设计中实际
使用。从表 1 的理论和试验分析结果可知，理论和试验分析的前三阶模态是非常一致的，其前 3 阶
模态的对比分析结果如表 2 所示。
固有频率必须要有效地避开其激励频率，防止其发生共振。分析汽车的动态特性时，最好用整车的
固有频率来分析，白车身的固有频率不是严格意义上的整车固有频率，但比较接近，当在白车身模
型上加上货厢、发动机、前桥固定横梁等其他部分时，汽车的整车固有频率将会略为提高。
汽车在激励作用下，其振动是各阶模态振动的综合反映，起主要作用的是前几阶的整体模态，
扭转
33459 节点数
33.853
弯曲
6.444
节点数 192868
32167 3 29.131 弯扭组合
34.293
扭转
3.162
☆模型 1 是本次计算分析所用模型，分析软件是 MSC.Nastran；模型 2 使用的分析软件是 ANSYS。
从表 3 可以看出，对同一辆车，由于建模时简化规模不同，其有限元模型的规模是不一样的，
完成后的有限元模型规模：单元数 190662，MPC 数 310，节点数 192868。
3 分析结果
3.1 理论计算分析结果和试验分析结果
理论和试验模态分析仅考虑了白车身自身的质量和刚度,分析计算了白车身的自然模态频率和 振型。理论分析频率范围为 0～80Hz, 试验分析频率范围为 0～100Hz，各阶模态的理论和试验分析 结果如表 1 所示。
阶次 1 2 3 4
5
6
7
8 9 10 11 12 13 14
表 1 白车身模态的理论计算和试验分析结果
理论计算分析结果
试验分析结果
频率 hz
振型
阶次
频率 hz
振型
25.178
弯曲
1
24.66
弯曲
27.409
扭转
2
26.40
扭转
29.131
弯扭组合
3
29.12
弯扭组合
40.446
局部
4
34.60
局部
要进一步研究该车的动态特性，还必须进行其他内容分析和进行完成车的详细试验分析工作。
由于汽车车身结构是一个非常复杂的板壳结构，不可能应用简单的力学公式直接计算，而必须 把其结构离散化，利用有限元方法的计算分析，才能得出结果分析结果。
本文利用有限元方法，采用 MSC.Patran 软件离散并建立了微型货车车身（以下称为白车身）的 有限元模型，利用 MSC.Nastran 求解该模型，得出了白车身的各阶自由振动频率和振型，并和试验 模态进行了对比。
43.772
车架扭转、车身对
5
角扭转
36.36
局部
45.642
局部
6
38.60
局部
47.126
局部
7
42.70
车架扭转、顶盖上下
振动
50.778
局部
8
44.40
局部
52.375
局部
9
48.10
局部
58.388
局部
10
50.30
局部
63.966
局部
11
60.30
局部
69.216
局部
12
64.40
局部
72.283
1 前言
在汽车产品设计中，预先掌握所设计产品的动态特性，从动态角度对产品进行设计，使所设计 的产品满足动态要求，是非常重要的。获得产品结构的固有振动频率和振型，可以从两个方面得到， 一种方法是通过对实际样车进行试验，识别出结构的各阶模态频率和振型，另一种方法是通过理论 分析计算，分析计算出结构的各阶模态和振型。试验方法的局限性是必须在设计样车制造出来之后， 才能进行试验分析，通过对实际样车的试验分析，得出产品的基本动态特性，再返回去修改设计， 通过几轮样车制造和大量的试验分析，最终也能得到一个较为满意的产品，但周期长费用高。理论 计算分析方法可以在没有实际样车而只有设计结构的情况下，得出所设计产品的各阶模态，预测出 产品的动态特性，从而能减少样车的制造次数与试验次数，节省开发费用和缩短开发周期。