某轿车白车身模态分析与优化
轿车白车身模态分析和局部刚度优化方法研究
模态坐标来代替物理坐标 , 使坐标耦合的微分方程解
耦为各个坐标独立的微分方程组 , 从而求出系统的各
阶模态参数 。对于无阻尼自由振动系统 , 阻尼和激励
沿纵向弯曲
5
53156
沿纵向弯曲 ,后窗局部变形
6
ห้องสมุดไป่ตู้56177
后部变形 ,后窗处较明显
有限元模态分析部分振型图 , 如图 2 示 。
2 有限元模态分析 根据某轿车白车身总成与零件的装配关系建立白
图 2 模态分析振型图 Fig1 2 Mode shapes for modal analysis
1 34 公 路 交 通 科 技 第 27 卷
模态分析来获得[1 ] 。 本文以某轿车白车身为研究对象 , 建立白车身有
限元模型 , 采用有限元模态分析和试验模态分析 , 对 其结果进行对比研究 。从振动 、强度角度考虑 , 分析 了该白车身所承受内外激励的影响 。并根据应变模态 的局域性特点 , 提出利用模态应变能分布优化车身结 构局部刚度的方法 。
21 Research Institute of Highway , Ministry of Transport , Beijing 100088 , China ; 31 Chery Automobile Co1 , Ltd1 , Wuhu Anhui 241009 , China)
Abstract : Using preprocessing software Hypermesh and FEA software MSC1Nastran , the detailed finite element model of car bodyΟinΟwhite (BIW) was established based on the theory of finite element1 Finite element modal analysis and experimental modal analysis were conducted to get the modal parameters of BIW , including natural frequencies and corresponding mode shapes respectively1 With comparison of the result of the simulation with that of test , the validity of the FEA model was verified1 From the view of vibration and strength , the impact of internal and external incentives on the BIW was analyzed1 According to strain mode local characteristics , a new method to determine the position where the maximum elastic deformation takes place by using the strain energy distribution of the vibration modes of different orders was therefore proposed1 The method can be used to improve the local rigidity of BIW1 The result shows that this method is reasonable and practical for the car body design1 Key words : automobile engineering ; modal analysis ; modal strain energy ; bodyΟinΟwhite ; local rigidity
基于有限元的白车身模态刚度CAE分析及其优化
摘要汽车工业发展到今天，汽车车身已成为影响其各种性能的最大组成部分之一，特别是轿车车身，它在很大程度上决定了汽车的商品价值和销售市场。
近几十年来，人们对汽车的安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求越来越高；由于能源的紧缺和激烈的汽车市场竞争，又迫使汽车要实现轻量化并尽可能降低成本，因而引发材料工程与制造业巨大的变化，并促使设计理念和设计方法不断改进。
有限元法是关于连续体的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它在车身结构分析中发挥着重要的作用。
本论文利用先进的CAE技术，以某轿车白车身为主要研究对象，在Hyperworks软件下，建立了轿车白车身详细有限元模型，进行白车身自由模态分析、扭转工况和弯曲工况下的白车身刚度分析，以检测白车身是否满足基本的模态刚度要求。
并利用CAE 软件进行白车身钣金件的优化，以达到轻量化的目的，提高白车身的经济性和安全性，满足市场需求。
关键词：白车身模态刚度Hyperworks 优化备注：因要遵循公司保密条约，本论文数据已处理。
Modal and Stiffness Analysis and OPtimizationon Body-in-whiteof Car Based on Finite Element MethodAbstractAutomobile industry development today, the body has become the various properties of the largest part of the car body, in particular, it largely determines the value of the goods and the sale market of automobile. In recent decades, the vehicle safety, comfort, economy, reliability and durability of the increasingly high demand; because of the shortage of energy resources and the car market with intense competition, and forced the car to lighten and reduce costs as much as possible, and thus lead to materials engineering and manufacturing industry tremendous changes, and make the design concept and design method of continuous improvement. The finite element method is a kind of continuum discrete numerical calculation method, the mechanics model to approximate the numerical method,the body-in-whit structure analysis plays an important role.In this paper, the use of advanced CAE technology, to body-in-whit as the main research object, in Hyperworks software, establish the detailed finite element model of body-in-whit, for white body free modal analysis of torsional and bending condition and working condition of BIW stiffness analysis of body-in-whit, to detect whether meet the basic modal stiffness degree requirements. And the use of CAE software for white main body sheet metal parts optimization, has reached the goal of lightening the body-in-whit, improve the economy and safety of, meet market demand.Key words:Body-in-whit Moda Hyperworks Stiffness Optimization目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要. (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外车身CAE技术研究现状 (2)1.3本文的主要内容 (3)第二章有限元法理论 (4)2.1引言 (4)2.2有限单元法和白车身刚度的基本原理 (4)2.2.1有限元和模态分析基本理论 (4)2.2.2白车身扭转刚度基本理论 (5)2.2.3白车身弯曲刚度基本理论 (7)2.2.4白车身门窗开口变形理论 (8)第三章某轿车白车身有限元建模 (9)3.1引言 (9)3.2建模要求 (9)3.2.1网格标准的确定 (9)3.2.2网格质量要求 (9)3.3建模的基本步骤 (10)3.3.1建模原则 (10)3.3.2单元类型的选择 (10)3.3.3连接方式的选择 (10)3.3.4单位制及材料特性 (11)3.2.5模型的装配 (11)第四章轿车白车身模态分析 (13)4.1白车身模态分析的意义 (13)4.2白车身模态分析的基本设置 (13)4.3白车身模态分析结果分析 (13)4.4本章小结. (16)第五章轿车白车身刚度分析 (17)5.1引言 (17)5.2白车身扭转工况分析 (17)5.2.1加载及约束条件 (17)5.2.2白车身扭转刚度结果表达及评价标准 (18)5.2.3轿车白车身扭转刚度数据处理及分析结果 (18)5.3白车身弯曲工况分析 (22)5.3.1加载及约束条件 (22)5.3.2白车身弯曲刚度结果表达及评价标准 (22)5.3.3轿车白车身弯曲刚度数据处理及分析结果 (23)5.4本章小结 (25)第六章轿车白车身优化分析 (26)6.1引言. (26)6.2优化分析的基本原理 (26)6.3优化分析的基本步骤 (27)6.3.1在Hypermesh中完成相关设置 (27)6.3.2提交Nastran完成计算 (28)6.3.3提取灵敏度信息 (28)6.3.4确定优化方案 (28)6.4白车身优化结果分析 (28)第七章结论与展望 (29)7.1本文结论 (29)7.2工作展望. (29)参考文献 (30)致谢 (32)第一章.绪论1.1引言近几年，我国汽车工业快速而稳步发展，打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择。
白车身模态灵敏度分析及厚度优化
零件
护板 行李箱罩支撑 后备箱门闩盖
管路_07 后顶管 后支架 后背门门闩底板 后背门门闩底板 管路_06
右A柱 左后支架 左斜底梁 左斜底梁 右A柱下护板 右端盖 左A柱下护板 左端盖
Sensitivity
0 -0.05
-0.1 -0.15
-0.2 -0.25
-0.3 -0.35
-0.4 -0.45
白车身模态灵敏度分析及厚度优化:弯曲模态灵敏度
Variable
变量
d224 d513 d449 d384 d353 d23 d138 d421 d243 d464 d440 d119 d102 d33 d527
通过对白车身535个零件模态灵敏度分析底梁对于重量、扭转模态、
弯曲刚度的灵敏度影响较大；
底板对于重量灵敏度的影响较大；
分析目标： 设计变量： 变量范围： 约束条件：
评价指标：
白车身重量最小
白车身535个零件厚度
初始厚度±20% 一阶扭转及一阶弯曲模态频率达标,弯曲和扭转 刚度大于目标值 若目标件的灵敏度在多个变量中排名前20，则 不建议改动
d369 d314 d284 d359 d483 d504 d172 d247 d472 d171 d264 d30பைடு நூலகம் d499 d184 d484
中横梁 中前底横梁 左斜底梁
后墙 左A柱螺柱管 右A柱螺柱管
A柱横梁 右斜底梁 前下方设备面板 后支架
右A柱 中横梁 右A柱下护板 左斜底梁 左A柱下护板
底部内部构件 右上端缓冲装置 左侧撞击连接护板
左变速器通道 右变速器通道 保险杆支撑 保险杆支撑
d247 d360 d239 d235 d448 d301 d246 d264 d302 d184 d284 d499 d231 d484 d299
某轿车白车身模态试验分析研究
某轿车白车身模态试验分析研究张华鑫;童敏勇【摘要】新车型的设计研发过程中应首先考虑的是白车身的动态特性，通过试验得到的动态特性参数能很大程度的改变现有新车型开发周期长、成本高的现状，从而可以尽快的发布以及上市新车型。
通过试验方法对某一款汽车的两种白车身模态进行了分析对比，得到其各项模态性能参数，通过对结果的分析为以后进一步研究白车身NVH性能提供了试验依据。
%Dynamic characteristic should be first considered in the process of design research and development for body-in-white, dynamic characteristic parametersobtained by test can greatly change the long cycle of new model development, the presentsituation ofthe high cost, which can release aswell as the listing of new models as soon as possible.In this paper, two test methodsfor a body-in-white mode are analyzed and compared, the modalperformance parameters are got, analysisof the results can provide experimental evidences for thefurther research NVH performance of body-in-white.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P107-109)【关键词】白车身;振动;频率;模态试验;结果分析【作者】张华鑫;童敏勇【作者单位】天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222【正文语种】中文【中图分类】TK4220 引言如今在世界各汽车公司竞争日渐白热化的趋势下，有效的缩短新车型的研发，不断变更新车型研发的方式。
轿车白车身试验模态与计算模态相关性分析
见 图 ９ 图 １ 。其 余 ６阶模 态为 白车身 上 极小 钣 金 ～ １
件 的局部模 态 ． 工程应 用意 义较 小 ． 在相 关性 分析 及 优化 中弃 用 。
表 ２ 白 车 身计 算 模 态 结 果
阶数 频 率 ／ Ｈｚ １ ２ ． ５８ 振 型 描 述 第 １阶扭 转
２３ 模 态 参数 辨识 结果 ． 模 态 参 数 辨 识 以传 递 函数 为基 础 ．采 用 Ｌ ＭＳ Ｔ ｓ Ｌ ｂ中 Ｐ ｌ ａ ｅｔ ａ ０ ｉ ｘ模 态 参 数 识别 方 法 ．选 取 频 带 ｙ ｎ 为 ０ １ ０Ｈ ． ～ ２ ｚ 白车身前 ６阶模 态 辨识 结果 见表 １ 本 文 只给 出图 ４ 图 ６的 白车身 整体 模态 示 意 ． 别 为 ～ 分 第 ｌ阶扭转 、 ２阶 扭转 和第 １ 弯 曲模 态 。 第 阶
除 了前 ６阶刚体 模态 ． 得低频 处共 １ 获 ２阶 白车身弹
图 ５ 第 ２阶 扭 转模 态 ２１ 年 ０１ 第 ６ 期
性 体模 态 ．其 中 ６阶整体模 态及 较 重要模 态计 算结
一 一
・
设计 ・ 计算 ． 究 ・ 研
果 及各 阶模 态 振 型描 述 如 表 ２所 列 ． ３阶整 体 模 态
Ｃｏ ｒ ｌ ｔｏ ｕｄｙ ｏ ｍ ｐｕ ｉ ｏ ｌａ ｓｉ ｇ Ｍ ｏ ｌｏ ｒＢＩ ｒ ｅａ ｉ ｎ Ｓｔ ｆＣｏ ｔｎｇ Ｍ ｄａ ｎｄ Ｔｅ ｔｎ ｄａ ｆＣａ Ｗ
Ｌ ｅ ｉ Ｗ ｎ，Ｌ ｎ Ｊｎ Ｙｏ ｇ ｅ ，Ｌ ｕ Ｊｎ ｙ ｎ ｉ Ｍｅ ｇ， ｉ ｎ ｌｉ ｉ ｉ ｇ ａ ｇ
高， 模态 振型 存在差 异
Ｉ ２． ２ １ ｄ ｌ ５ ． ｌ １： ０ ８ ｄ １ ５ ．
Ⅲ２４５７８ ¨０
白车身强度分析及优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2020.10.054白车身强度分析及优化设计刘小会，杨越（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230001）摘要：文章首先阐述了车身强度分析的目的以及CAE分析的方法，然后分析了基于强度考虑的车身优化设计方法。
以某型汽车C柱区域的强度问题为例，进行了原因分析和方案优化，经CAE分析验证，结果满足要求。
关键词：汽车；强度；CAE 分析；应力中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)10-181-03The Optimal Design of The White Body StrengthLiu Xiaohui, Y ang Y ue（The technology center of the jiang huai automobile, Anhui Hefei 230001）Abstract: This paper first describes the purpose of the body strength analysis and the method of CAE analysis, then analyzes the body design method based on intensity is considered. Finally, this paper takes the strength of the column with a certain type of car C area problem as example, has carried on the analysis of the causes and scheme optimization, the final CAE analysis verify again, can meet the requirements.Keywords: Automobile; Strength; CAE; StressCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)10-181-03前言汽车的结构强度主要由车身强度来决定。
某SUV白车身模态分析及优化设计
某SUV白车身模态分析及优化设计文章介绍了某SUV车型的白车身模态分析，并针对计算结果对车身结构和布局进行优化，使整车刚度趋于合理。
优化结果显示：优化后结构、刚度更加合理，并且一阶扭转提高了4HZ，车身重量减少1.5KG。
标签：模态分析；结构优化；有限元分析前言现代汽车设计领域，有限元分析得到了广泛的运用。
车身作为汽车的关键总成，其力学特征对整车的动力学特征起关键作用。
车身模态分析则关系到整车刚度、常规震动和车身减重。
实践证明对白车身结构进行有限元分析可以提前发现、避免相关的设计缺陷，及时整改、优化设计。
从而缩短开发周期，节约试验费用。
文章通过对白车身的模态分析对设计进行结构优化，使得车身结构局部模态和整体刚度特征满足模态规划要求。
1 有限元模型有限元分析基本是利用一组离散化单元组集代替连续体机构进行分析，这种单元组集体称结构力学模型。
车身模型建立原则为能反映车身主要力学结构特征和边界约束条件，其次可考虑在保证正确性的基础上对模型进行适当的简化。
模型建立过程需考虑：模型的简化、网络划分、材料属性确定、单元选择及模型的连接与装配。
为此对模型建立进行了如下处理：1.1 模型建立采用了基准尺寸为10mm的QUASD4划分SHELL单元，局部采用了大于3mm的小尺寸划分，在非关键区域几何过度区少量采用了TRIA3单元。
TRIA3单元占总数的比率小于5%。
1.2 孔径6mm～10mm，用方孔代替；孔径大于10mm，保留孔，孔周围两圈偶数个单元，其他非重要小孔可忽略。
1.3 翻边至少要划分两排网格，圆角大于3mm可以保留，螺栓用RIGID或梁连接。
1.4 焊点采用CWELD/ACM单元，方向同连接壳单元法向量平行。
焊缝则采用CQUAD4和CTRIA3模拟，对不考察局部应力的情况下，有选择性采用节点重合，并保证网络的几何匹配。
根据车身提供的数字模型，最终白车身带玻璃有限元模型单元547，219，节点569，580个，见图1。
白车身骨架模态研究与结构优化设计
2024年第2期47白车身骨架模态研究与结构优化设计马保林，熊辉，张略（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘 要：为了提高某承载式车身骨架的模态，解决其在汽车行驶过程中与外界激励频率重合产生共振和异响，改善白车身骨架的NVH性能，对某轿车白车身进行研究并对关键零部件进行了结构优化设计，并进行有限元分析验证。
根据有限元分析及实车验证，这些结构优化方案对改善车身模态频率具有良好的效果，为其他车型提供设计参考。
关键词：模态分析，结构优化，白车身，有限元分析中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）02-0047-05Research on the BIW Modal and Optimization Design of theStructuralMA Bao-lin, XIONG Hui, ZHANG Lue (Chery Automobile Co., Ltd., WuHu 241000, China)Abstract: In order to improve the mode of a load-bearing body frame, solve the resonance and abnormal noise caused by its overlap with the external excitation frequency during the driving process of the car, and improve the NVH performance of the BIW skeleton, the BIW of a car was studied, and the structural optimization design of key components was carried out, and the finite element analysis was carried out to verify it. According to the finite element analysis and actual vehicle verification, these structural optimization schemes have a good effect on improving the modal frequency of the body, and provide design reference for other models.Key Words: Modal Analysis; Structural Optimization; Body-In-White; Finite Element Analysisdoi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.02.008 收稿日期：2024-01-021 前言随着我国汽车行业的飞速发展，乘员对于汽车振动噪声品质的要求不断提高。
轿车白车身试验模态与计算模态相关性分析
轿车白车身试验模态与计算模态相关性分析为了确保轿车的安全性和稳定性，汽车制造商需要对车辆的白车身进行模态分析和计算模态分析，以研究其振动特性和动力性能。
本文将分析轿车白车身试验模态和计算模态之间的相关性，并探讨这些分析如何帮助汽车制造商改善车辆设计和生产质量。
试验模态是通过对车辆进行振动实验获得的振动特性，包括自然频率、振动模态等。
这些数据可以帮助汽车制造商确定车辆的动力学性能，并为车辆的噪音、振动和刚度问题提供支持。
相比之下，计算模态是通过有限元分析（FEA）计算得出的振动特性，采用数值模拟来预测车辆振动特性。
这些模拟数据通常会在早期设计阶段用于验证车辆结构设计，并指导车辆生产制造。
然而，在实践中，试验模态和计算模态之间存在某些差异。
主要是由于因受环境和测试装置、误差和测量等多种因素的影响，试验模态和计算模态之间的差异非常常见。
因此，为了确保模态分析的准确性和可靠性，汽车制造商通常需要对试验模态和计算模态进行比较，以确定它们之间的相关性，并查明差异的原因。
为了比较试验模态和计算模态之间的差异，通常需要使用频率响应函数（FRF）。
FRF是车辆振动试验中的一个重要参数，它用于测量车身的振动放大系数，并提供车身以响应不同动力的关键提示。
然后，通过比较试验模态和计算模态的FRF，可以确定它们之间的关系，并为制造商提供有关如何优化车辆的设计和改进生产质量的 information。
最后，需要指出的是，在对轿车白车身进行模态和计算模态的相关性分析时，需要考虑多种因素。
这些因素包括车辆的结构、材料和工艺，噪音、振动、气动特性等方面。
同时，在车辆运营期间，还需要考虑加速度四对噪声、驾驶人员行为特性等诸多因素。
因此，既要考虑到试验模态和计算模态之间的差异，也要综合研究其与车辆实际运作情况之间的关系，以完善轿车的设计和生产质量。
在轿车白车身的试验模态和计算模态的相关性研究中，还需要考虑车辆的不同工况下的振动特性。
某轿车白车身模态有限元分析与试验研究
某轿车白车身模态有限元分析与试验研究韩阳;李洪力;朱延鹏【摘要】In this paper, setting the body-in-white of a certain vehicle as the study object, finite element analysis on the body-in-white is made, thus the correctness of finite element structure is verified through the modal tests. Furthermore, the finite element structure of body-in-white is optimized by using the distribution characteristics of the displacement nephogram. The results show that the primary frequency of body-in-white is 28. 23 Hz;while the first torsional frequency is 32. 67 Hz and the bending frequency is 45. 14 Hz, so the two frequencies could not cause coupling resonance. By comparing the difference be-tween experiment and the finite element analysis, it is found that the error is in the range of 10%, so the finite element model that was established before is correct. Through the displacement nephogram we can find that the maximum displacement of roof is 5. 427mm at the frequency of 25. 90 Hz, and the maximum displacement of rear roof is 6. 512mm at the frequency of 31. 45 Hz, thus it would affect the comfort, safety and reliability of a vehicle. Therefore, it is necessary to optimize the design of the roof and the top cover.%以某轿车白车身为研究对象,对白车身进行有限元分析,利用白车身模态试验验证白车身有限元结构的正确性。
汽车白车身模态分析及结构优化
车辆工程技术56 车辆技术 伴随现代科技快速进步，汽车制造厂商也在日益提升生产能力，相应的汽车结构设计也备受重视。
在汽车设计中，白车身的质量至关重要，与整车质量直接相关。
而伴随先进计算机技术的广泛普及和快速发展，在白车身结构设计中，也越来越多地用到计算机辅助技术。
尤其是模态分析法，可以促进白车身结构设计的优化及汽车产品质量的进一步提升，值得加以分析探讨。
1 模态分析 （1）重要作用。
通过模态分析，可以得出白车身的实际一阶频率，再与发动机怠速条件下的激励频率比较，便能判断结构的共振问题，以防增大车身振动或噪声，并且供结构优化参考。
最后，利用试验中尚未模态分析对比验证，还能深入分析白车身优化模型的可信度。
在本文中，已经固定了车型外形、材料等，所以考虑通过优化厚度，来模态优化白车身结构。
针对白车身，采用一阶模态频率，来分析车身零部件质量灵敏度及板厚的模态，以及板厚、结构一阶频率、灵敏度模态间存在的关系，并得出结构优化中涉及的零部件，再通过一定的算法，来优化白车身模态。
（2）分析研究过程。
通过分析灵敏度，能针对某部位，得出最有效的结构修改方法，并且初步估计出，期望动态改变所要修正的区域。
根据灵敏度理论，算出白车身结构模态分析下，固有一阶频率与汽车质量在零部件板厚上的灵敏度结果。
据以上灵敏度分析显示，通过强化后门框，能最明显地增大结构的固有一阶频率，而通过强化后裙板，也可以得到明显增大的效果，并且外板的效果优于内板。
而分析结果还显示，通过加强后门框支柱的板件，却会影响固有一阶频率的改善。
这样的板件主要包含顶棚、后翼子板、后侧围板等。
通过进一步分析，得出了一阶模态下的正负灵敏度板件分别图。
此外，通过更改不同板件厚带给车身质量的具体影响，也通过模态分析得出。
因为要顾及对白车身适当轻量化的要求，所以为了增大固有一阶频率，不可直接强化对增大固有一阶频率贡献最大的结构板件，而应注意与其质量灵敏度相结合，也适当修改贡献不大的板件，以此来通过增大固有一阶频率来达到白车身质量上的要求。
白车身模态灵敏度分析及减重优化
白车身模态灵敏度分析及减重优化作者：钱平包键李建新来源：《汽车科技》2016年第01期摘要：基于白车身有限元模型，分析了白车身的自由模态，得到了一阶弯扭模态；研究各钣金件厚度对弯扭模态的贡献量，找出了影响较大的钣金件。
根据分析结果确定了优化方案，在保证弯扭模态不降低的情况下减重26.4 kg，为车身的轻量化设计提供明确的方向。
关键词：白车身；灵敏度分析；一阶弯扭模态；轻量化中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）01-0026-03Abstract： Base on a MPV， the finite element model of the BIW is established， the first order torsion and bend mode is got through the free modal analysis of the BIW； The contribution of the shell to the first order torsion and bend mode is studied， and the more important component was found. The solution was found base on the results， the weight of BIW has been reduced 26.4 kg，offering a certain direction to the light weight design of BIW.Key Words： BIW； Sensitivity Analysis； First order torsion and bend； light weight随着汽车工业的发展，人们对车辆的经济性和舒适性的要求越来越高，作为汽车性能开发的重要指标，车身结构模态以及白车身质量的优化具有具有重要意义[1]。
轿车白车身模态分析及其优化的开题报告
轿车白车身模态分析及其优化的开题报告一、研究背景及意义随着汽车工业的发展，轿车白车身作为汽车的基本骨架之一，在现代汽车制造中起着至关重要的作用。
白车身的结构、质量和强度等参数对于整车的性能和安全性有着直接的影响。
因此，对轿车白车身的模态分析和优化研究具有重要的理论和实践意义。
目前，轿车白车身的模态分析和优化已成为国际汽车制造业界的研究热点。
通过对白车身进行有限元分析，可以预测其在振动和撞击等复杂工况下的响应和变形等性能，为白车身优化设计提供科学依据。
同时，白车身的优化设计可以大大降低汽车生产成本，提高汽车的质量和竞争力。
二、研究内容和方法本研究旨在针对轿车白车身的模态分析和优化问题，开展如下研究工作：1. 轿车白车身模态分析：通过建立白车身的有限元模型，分析其自然频率、振型形态等特性，并研究不同结构参数、材料等因素对白车身模态特性的影响。
2. 轿车白车身结构优化设计：基于白车身模态分析结果，针对白车身的结构强度、稳定性等问题进行优化设计，使其能够满足不同工况下的使用要求。
3. 优化设计验证：通过模拟测试和实验验证，验证所设计的轿车白车身结构在不同工况下的性能和优化效果。
本研究将采用有限元分析、结构优化设计、模拟测试和实验验证等多种方法，综合研究轿车白车身的模态分析和优化设计问题。
三、预期目标和效果通过本研究，预期实现以下目标和效果：1. 深入了解轿车白车身的结构特性和模态特性，为白车身优化设计提供科学依据。
2. 针对轿车白车身的结构强度、稳定性等问题进行优化设计，提高白车身的整体性能和安全性。
3. 通过模拟测试和实验验证，验证所设计的轿车白车身结构在不同工况下的性能和优化效果。
4. 提高汽车制造技术水平，为中国汽车行业的发展做出贡献。
四、研究计划和进度安排本研究计划分三个阶段进行，具体计划和进度安排如下：第一阶段：文献综述和有限元分析时间安排：2021年9月-2022年2月主要工作内容：1. 国内外轿车白车身模态分析和优化设计的现状和发展趋势的文献综述。
某轿车白车身试验模态分析
某轿车白车身试验模态分析张建;唐文献;马宝;王琪;王国林【摘要】The dynamic performance of the body-in-white was the important factor in body design process. In this paper, experiment modal analysis of some body-in-white car was proposed based on commercial software Smart Office. Natural frequency, mode shape and damping ratio of the body were obtained. And effect of front and back windscreens on the body-in-white modal parameters was also studied. The results showed thai, the first six natural frequencies of the body-in-white were 26. 582,29. 107,38. 617 ,40. 347,42. 953 and 46. 006 Hz, respectively, where the first three mode shapes torsion modes, and the others bend modes. When the front and back windscreens were added into the body-in-white, the average natural frequency increased by 21% , the third mode shape changed into local bend in the front of the car, and the fifth mode shape changed into local torsion mode in the front and back of the car.%白车身的动态特性是车身设计过程中需要考虑的首要问题.以Smart Office软件为平台,对某轿车白车身进行试验模态分析,得出白车身的固有频率、振型和阻尼比,并分析前后风窗玻璃对车身模态参数的影响.实验结果表明:白车身的前6阶固有频率分别为26.582,29.107,38.617,40.347,42.953,46.006 Hz,其中前3阶模态为整车扭转模态,后3阶模态为整车弯曲模态；加上前后风窗玻璃后,白车身的固有频率平均提高了21％,第3阶振型变化为前车头局部的弯曲振动,第5阶振型变化为前车头及车尾局部的扭转振动.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(026)002【总页数】4页(P146-149)【关键词】白车身;试验模态;固有频率;振型;风窗玻璃【作者】张建;唐文献;马宝;王琪;王国林【作者单位】江苏科技大学机电与汽车工程学院,江苏张家港215600;江苏科技大学机电与汽车工程学院,江苏张家港215600;江苏科技大学机电与汽车工程学院,江苏张家港215600;江苏科技大学机电与汽车工程学院,江苏张家港215600;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TH113.1汽车的更新换代在很大程度上取决于车身,车身的结构性能对整车环保、节能及主被动安全起着重要作用,而车身的动态特性是汽车车身设计过程中需要考虑的首要问题．白车身试验模态分析可以直接对白车身进行全面测试与分析,获得产品的动态特性．根据得出的模态参数,建立数学模型,进而预测产品在使用过程中的振动、噪声、疲劳等实际问题．国内外开展了很多有关车身试验模态分析的研究工作．文献[1]运用试验和有限元法分析了某客车白车身的模态特性．文献[2]对某地铁车身的部件进行了试验模态研究,介绍了相关试验方法和流程．文献[3-4]等引入测量点响应矢量概念,采用定时长采集和变时基提取技术获取触发过程的激励力和响应信号,开发了试验模态分析系统．文献[5]通过试验和理论分析了某轿车白车身动态振动特性．本文以德国m+p公司的Smart Office分析软件为平台,对某轿车白车身进行试验模态分析,得出其模态参数,并分析前后风窗玻璃对车身模态参数的影响．1 数学模型假设白车身可离散为一种具有N个自由度的弹性线性系统,其运动微分方程[6]为(1)式中,M，C和K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,它们均为实对称矩阵．当M，C和K已知时,根据式(1)可求出激励f(t)下结构的响应x(t)．对式(1)作傅里叶变换-ω2M+jωC+Kx(ω)=F(ω)(2)其中,F(ω)和x(ω)分别为激振力f(t)和位移响应向量x(t)的傅氏变换．令H(ω)=(-ω2M+jωC+K)-1,则式(2)可写为x(ω)=H(ω)F(ω)(3)对于理论上对称的线弹性系统而言,传递函数只有一行或者一列是独立的,其它行或者列所包含的都只是该行或该列所包含信息的重复．因此,在试验过程中可固定一点激励,测量其它点的响应,或者依次激励所有点,测量某固定点的响应．对系统p点进行激励并在l点测响应,可得传递函数矩阵中第p行第l列的元素为(4)式中，φli,φpi为l,p点振型元素,通过式(4)可得到传递函数矩阵的某一列,进而计算出模态参数．2 白车身模态试验采用单点激振法进行白车身试验模态分析[7],主要测试元件有计算机、带有力传感器的力锤、3向加速度传感器、NI9237数据采集板卡、数据线、Smart Office采集及分析软件,图1为实验方案原理．其中,力传感器和加速度传感器的技术参数见表1．图1 实验方案原理Fig.1 Principles of experimental program表1 传感器的主要技术参数Table 1 Main technical parameter of sensor灵敏度输入模式力传感器2.26 mV/NICP 加速度传感器(X向)40.41 mV/gICP 加速度传感器(Y向)41.84 mV/gICP 加速度传感器(Z向)39.19 mV/gICP在试验时,使用轿车车轮内胎将白车身垫起,近似模拟其自由状态;车身上共布置了231个测点[8],选取前横梁下表面中间偏左的209号点为激励点,图2a)为白车身的实车结构,白车身采用的材料为ST13,其屈服强度为240 MPa,抗拉强度为270～370 MPa,弹性模量2.1×105 MPa,泊松比0.3．图2b)为根据白车身结构各测点坐标而建立的计算机模型．采用力锤不动、加速度传感器移动的方法进行测量,将激励和响应信号经放大器放大后输入动态信号分析仪,每个测点锤击3次,经平均后将该点的传递函数保存到计算机中,供Smart Office分析软件使用．a) 物理模型b) 计算机模型图2 白车身试验模态模型Fig.2 Experiment modal model of the body-in-white car3 实验结果分析图3为采用Power Spectrum指示函数分析出的白车身集中平均传递函数历程,从图中可以看出分析结果具有较好的稳定性．白车身设计关注的频率范围为0～100 Hz,故需要在此范围内计算出相应的传递函数,获取各阶固有频率和振型．表2 为白车身的前6阶模态结果,前3阶模态为整车扭转模态,后3阶模态为整车弯曲模态,各阶振形见图4．为了研究内胎对白车身模态试验的影响,对内胎的垂直固有频率进行测量,对车胎振动10次所用的时间进行3次测量,结果分别为6.07，6.14,5.92 s,可算出内胎支撑的平均固有频率为1.66 Hz左右,远低于白车身的第1阶固有频率26.582 Hz,故本文所用的支撑方式是有效的．图3 集中平均传递函数Fig.3 Transfer function of centralized average表2 白车身前6阶模态分析结果Table 2 Modal analysis of the body-in-white 阶数固有频率/Hz阻尼比/%模态振型特征126.5820.984车身整体1阶扭转振动229.1070.831车身整体2阶扭转振动338.6170.861车身整体3阶扭转振动440.3470.936车身整体1阶弯曲振动542.9530.669车身整体2阶弯曲振动646.0060.81车身整体3阶弯曲振动在图2a)所述的白车身上装入前后风窗玻璃,并用同样的方法进行模态测试,表3为带风窗玻璃的白车身前6阶的试验模态结果．由于前后风窗玻璃的影响,白车身的固有频率平均提高了21%,其中,第2阶固有频率增幅最大为38.45%,增幅最小的第4阶固有频率也提高了12.2%;对于系统阻尼比,除了第2阶提高24.3%外,其他5阶阻尼比均减小;带车窗的白车身第3阶振型表现为前车头局部弯曲振动,第5阶振型表现为前车头及车尾局部扭转振动特征,这与不带车窗的车身前3阶振型均为扭转振动特征和后3阶振型均表现为弯曲振动特征差异比较大(图5)．a) 第1阶 b) 第2阶c) 第3阶 d) 第4阶e) 第5阶 f) 第6阶图4 白车身各阶模态振型Fig.4 Different mode shape ofthe body-in-white car图5 风窗玻璃对车身固有频率和阻尼的影响Fig.5 Effects of windscreens on the natural frequency and damping ratio of the body-in-white表3 带玻璃的白车身前6阶模态分析结果Table 3 Analysis result of the first six modal of the body-in-white with windscreens阶数固有频率/Hz阻尼比/%模态振型特征 133.5380.906车身整体1阶扭转振动240.2981.033车身整体1阶弯曲振动343.3790.822前车头局部弯曲振动445.2690.766车身整体2阶弯曲振动550.0010.537前车头车尾局部扭转振动655.4480.654车身整体2阶扭转振动4 结论以Smart Office软件为平台,对某轿车白车身进行试验模态分析,得出如下结论: 1) 通过试验获得白车身的前6阶固有频率分别为26.582,29.107,38.617,40.347,42.953和46.006 Hz,其中前3阶模态为整车扭转模态,后3阶模态为整车弯曲模态;2) 由于内胎的垂直固有频率为1.66 Hz左右,远低于白车身的第一阶固有频率26.582 Hz,故内胎对整个试验的影响可以忽略;3) 风窗玻璃对白车身会产生一定的影响,它使白车身的固有频率平均提高了21%,系统阻尼比除第2阶提高外,其它5阶均减小,第3阶和第5阶振型也发生相应的变化．参考文献(References)[1] 朱壮瑞,孙庆鸿,孙凌玉,等. 基于模态试验的客车白车身动力学模型修正研究[J]. 汽车工程,2001, 23(2): 127-129.Zhu Zhuangrui,Sun Qinghong,Sun Lingyu,et al. A study on modification of the dynamic model of body-in-white bus based on modal experiment[J]. Automotive Engineeting,2001,23(2):127-129. (in Chinese)[2] Popprath S. Experimental modal analysis of a scaled car body for metro vehicles[C]∥In 13th ICSV, Vienna 2006.[3] 刘军,高建立,谢文磊,等. 试验模态分析系统设计与应用[J]. 农业机械学报, 2009, 40(2): 209-213.Liu Jun, Gao Jianli, Xie Wenlei,et al. Design and applicatin of the expermental model analysis system[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultura Machinery, 2009,40(2):209-213. (in Chinese)[4] 刘军, 高建立, 穆桂脂,等. 改进锤击法试验模态分析技术的研究[J]. 振动与冲击, 2009, 28(3): 174-177.Liu Jun, Gao Jianli, Mu Guizhi,et al. An improved experimental modal analysis with hammering method[J]. Journal of Vibration and Shock, 2009,28 (3):174-177. (in Chinese)[5] 王禹平, 吴建国. 关于白车身有限元模型实验验证的研究[J]. 上海汽车, 2009,1(1): 25-27.[6] 张力. 模态分析与实验[M]. 北京:清华大学出版社,2011.[7] 李磊,应怀樵,董书伟,等. 汽车白车身模态试验与结果分析[C]∥第二十届全国振动与噪声高技术及应用会议. 北京:航空工业出版社, 2006,5:295-299.[8] 张攀,雷刚,廖林清. 某汽车白车身刚度分析[J]. 重庆工学院学报:自然科学版,2008, 22(4):12-14,35.Zhang Pan, Lei Gang, Liao Linqing. Stiffness analysis of car′s body-in-white[J]. Journal of Chongqing Institute of Technology: Natural Science,2008,22(4):12-14,35. (in Chinese)。
某乘用车白车身模态分析
2.07×10MPa，泊松比取μ=0.3，密度取ρ=7.83×10Ton/mm。
图1白车身有限元模型1.4白车身连接方式轿车白车身上大约有4000多个的焊点，一般由车身的六大部件焊接成型，包括地板总成、左右侧围、顶盖、下程为：式中：M、C、K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵；为用物理坐标描述的位移列阵，ẋ（t）为用物理坐标描述将式1）两边通过拉氏变换可得令得其中Z（s）称为阻抗矩阵，代替s进行博氏域处理可得设有一点l，则可得其相应表达式如式（7）其中q r（ω）为阶模态坐标，φl r为测点动系数，N个测点的各阶振动系数组成向量，称为态向量。
由式（8）（9）（10）可得:将式（11）代入式（4）可得:自由振动，F（x）=0，C忽略不计，其运动微分方程可简化为式（13）的解得形式为将式（14）代入式（13）得故该方程有非零解的充要条件是其系数行列式为零，式（16）是特征值问题式的n次代数方程。
1459.09图2白车身第七阶模态振型云图3.2模态结果分析对车身结构的振动影响最大的因素是整车一阶弯曲模态频率与车身结构的整车一阶扭转模态频率，应着重考虑其影响。
因此应保证两者模态频率值至少相差3Hz，以防止一阶扭转模态频率与一阶弯曲模态频率相近或相等而出现耦合现象。
由表2所示，一阶弯曲模态频率与车身一阶扭转模态频率相差大于3Hz，可以防止发生耦合现象，所以设计符合要求。
4结论对某乘用车白车身通过Hyper Mesh软件来建立了车身结构有限元模型，分析了白车身结构模态特性，从而确定了白车身的振型和固有频率，得出了以下结论：①经过分析白车身结构模型一阶模态频率应该大于30Hz，而模态分析中白车身结构的一阶模态频率36.30Hz，设计符合要求。
②经分析白车身车身结构模型，得到一阶弯曲模态频率与一阶扭转模态频率数值相差大于3Hz，可以有效防止图3白车身第八阶模态振型云图图4白车身第九阶模态振型云图图5白车身第十阶模态振型云图图6白车身第十一阶模态振型云图心式旁通滤清器。
××车型白车身模态CAE分析报告模板
项目名称
××
数据版本
M0/2012.02.25
1/3
文件编号
项目 -CAE-NVH-
分析内容
所属部门
××车型白车身模态CAE分析报告模板
CAE部
1、分析目的 对× × 车型白车身模态进行校核。 2、使用软件 ① 前处理：HyperMesh v10.0 ② 求解器 NASTRAN2010 ③ 后处理：Hypermesh 10.0
3、模型及边界条件
图1：白车身有限元模型
3.1模型说明—白车身NVH焊接模型
3.2 车身材料说明
部件
钣金件 减震胶
材料
steel glue
弹性模量 泊松比 密度
210000 10
0.3 7.89E-9 0.49 1.10E-9
分析版次
REV1秘密级别源自绝密秘密对外保密
原件保管部门
资料室
审核
校对
制作
朱志峰 年-月-日
3.3工况说明—自由状态 ， 频率范围 0----200Hz 4、计算结果—模态阵型云图
2 /3
3 /3
5、分析结论—分析结果是否满足设计要求 XX白车身模态频率是否满足设计要求。
6、优化方向—如分析结果不满足设计要求，对优化方案提供方向性建议
备注：
NVH仿真分析输入规范
●分析所需完整3D数模，含各部件数据，各总成焊点，螺栓连接，粘胶以及装配关系等； ●分析所需完整BOM表，含各部件材料料厚信息； ●如分析为非典型工况，则需提供分析所需载荷及边界条件。
轿车白车身模态分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｂｏｄｙ—ｉｎ－ｗｈｉｔｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｅｘｐｅｒｍｉｎｅｎｔ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｅｎｓｉｆｉｖｉｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容和部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
ｏｎｌｙ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ
ｐｅｏｐｌｅ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂａｓｅｄ ０ｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｆ＇ｍｉｔｅ
但１模态分析与试验的新理论。模态分析的基本理论是线性系统分析，适用于 结构或粘性阻尼。近十年的进展，一是体现在对所谓亏损系统的研究和讨论，二是 集中在对阻尼的描述和建模，此外非线性模态分析仍是正在进行探讨的热门课题。 与模态分析理论相比，模态试验理论方面的进展更大。一是传感器与激振器的优化 配置。传统振动试验中．传感器和激振器都是凭经验配置，近来提出了各种自动优 化配置方法，取得了良好的效果，使模态试验又有新的实质性进展。二是虚拟试 验，为了增加试验数据，扩大试验结果信息量，提出了一种新颖的边界条件摄动 （ＰＢＣ）试验方法，即在不同边界条件下进行多次模态试验。在这一新思想的启发 下，发展了所谓的虚拟试验理论，即由虚拟的结构修改（包括虚拟附加质量、虚拟 接地、虚拟边界条件等），得到更多的观测结果，用于识别结构参数或输入载荷； 或者控制结构输入，使结构响应对某些特定的参数更为敏感。
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｛ （ ｙ ｆ ）＝ｆ ｘ Ｙ ｚ ｅ： Ｈ ， ，， ） ６（ ， ，） ｌ ｜ ＇
（） ３
其 中 ： ｑ 。 ，））为矢 量振 幅 ； ｛ （ ＇ｚ ｂ ， ∞ 简谐 运 动 的角 频 率 。将其 代人 （ ） 得 ： ２， 【 一∞ 】 ｂ ｅ ｐ ｉ ｉ ＝ ） Ｋ （ ｘ （ｔ Ｏ ） ｏ） （） ４ （） ５
果 精 确度 降 低 ； 删 去 对 整 体 性 能 影 响 不 大 的 小 部 ③
件， 但保 证 总体 白车 身质 量与 实际 质量 相差 不大 。 现代轿 车 多采用 全 承载式 车 身 ， 体骨 架结构 由 车
车体结 构件 及 覆 盖件 焊 接 而 成 】 白车 身 的焊 接 工 。
中 图分类号 ： ４ Ｕ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ — ４４ ２ ｌ ） ３ ０ ２ － ３ １ ６ ４ ｌ （０ １ ０ － ０ ６ ０ ０
Ｍ ｏ ｌａ ａ ｙБайду номын сангаасｉ ｎｄ ｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａｒ ｓｂｏ ｙ—ｉ ｄａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｆｃ ｄ ｎ—ｗｈ ｔ ｉｅ Ｘｉ ａ ｙ ， Ｆ ｎ ａ ａ Ｚｈ ｏ－ ｉ ｅ ｇ Ｌ ｎ—ｆｎ ａ ｇ，Ｗ ａ ｇ Ｈｏ ｇ ｉｏ，Ｈ ｕ ｎ－ｂ ｎ ｎ －ｘａ ｉＹａ ｏ
Ａ ｓｒｃ：Ｆｎ ｅ ｍ ｎ ｍ ｄｌ ｎ ｙｉｔｅｒ ｉ ｄ ｃ ｓ ｄｂ ｅｙ． ｄｆ ｉ ｌ ｎ ｍ ｅ ｃｒ ｏｙ ｉ－ ｈｔ（ Ｉ ｂ ｔ ｔ ｉｉ ｅｔ ｏａ ａ ｓ ｏ ｉ ｕｓ ｒ ｆ ａ ｎｔｅｅ ｔ ｏ ｌ ｆ ａ’ｂ ｄ－ｎ ｗ ｉ ＢＷ） ａ ｔ ｄｅ ａｌ ｓｈ ｙ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｍｅ ｄ ｏ ａ ｓ ｅ
研 穷 与 分 析
・
机械 研 究 与 应 用 ・
某 轿 车 白车身模 态 分 析 与 优化
夏 兆义 ， 冯兰芳 ， 王宏 晓 ， 惠延 波
（ 河南 工 业 大 学 机 电 工程 学 院 ， 州 河 南 郑 ４００ ５ ０７）
摘
要： 论述有限元模态分析基 本理论 ， 采用 Ｈ ｐ ｒ ｓ ｙｅｍｅｈ软件 建立 了某汽车 白车身有 限元模型。通过 ｏ ｔｔ ｃ 对该模 ｐ ｓｕｔ ｉｒ
（ ｃｏｌｆｍ ｃａ ｉ ｌ ｌ ｔｃｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｔ ａ ｎｖｒｔ ｏ ｅｈｏ ｇ ， ｈｎｚｏ ｔ ａ ４ ００ ，ｈｎ ） Ｓｈｏ ｏ ｅｈ ｎ ａ ＆ｅ ｃ ｉ ｇｎ ｒ ｇ Ｉ ｎ ｎｕ ｉ ｓｙ ｆｔ ｎｌ ｙ Ｚ ｅｇｈ ｕｔ ｎ ｎ ５ ０ ７ Ｃ ｉ ｃ ｅ ｒａ ｅ ｅ ｉ ｅ ｅ ｉ ｃ ｏ ｅ ａ
收稿 日期 ：０ １ ０ —１ ２ １—４ １
作者简介 ： 兆义（９３ ） 夏 １ ８ － ，男 ， 南 南 阳人 ， 士 ， 究 方 向 ： 向工 程 、 限元 分 析 及 结 构 优化 。 河 硕 研 逆 有
・
２ ・ ６
砜 夯 与 分 析
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机械 研 究 与 应 用 ・
驶 时 ， 面对 汽车 的激 励 频率 低 于 ２ ｚ 路 １Ｈ 。但 希望 固 有 频率 能较 多 的高 于 ２ Ｈ ， １ ｚ 以避 免 汽 车 的激 励 引起 的共振 发生 。
则 ： 将 部 分 大 圆形 孔 简 化 为 多 边 行 孔 ， 径 小 于 ① 半
５ ｍ 的孔 可忽 略不计 ； ｍ ②单 元 数 目不 宜 过多 ， 否则 将
对 计算 机 软件 和 硬 件设 备 提 出更 高 的要 求 ，要 耗 费
更 多 的计算 时 间 ； 不 易 过 少 ， 少 将 会 导致 计 算 结 也 过
三 边 形 角 度 小 于 １０ ， ２ 。 单 元 翘 曲 角 度 不 大 于 图 １ 白车身有限元模型 ｌ。 ５ 。在 划分 过 程 中对 网格 质 量 进行 控 制 ， 模 型 中 在 使 三角形 单元 的数 量 占单 元 总数 量 的 ２ ７ ， ． ％ 其余 均
频 率值作 为 指标 ， 该值 的具 体数 据范 围 目前 尚无标 对
场竞 争 力 。
ｆ Ｋ一∞ ｆ ０ ＝
（） ６
２ 有 限 元模 态 分 析 理 论
对 于一般 的多 自由度弹性结 构 的动力学 问题 ， 其
解方程可得到一组离散的频率解 （ ＝１２ …， ｉ ，， ｒ）将其代入式（ ） ｔ， ５ 可得每一频率对应的位移。 有 限元 模态 分析 是将 无 限个 自由度 的连 续 系统
１ 引 言 汽车 白车身模态参数反映自车身结构 的基本振
动特性 ， 响着 汽车 的强 度 、 影 可靠 性 、 用 寿命 、 坐 使 乘 舒 适性 等是 其他 性 能分 析 的基 础 也是 汽车 新产 品 开 发结构 分 析的 主要 内容之一 。 如 何在 汽车设 计 阶段 真实 的模 拟 白车 身 的模 态 参 数变 得越 发重 要 。考 虑 到有 限元 模 态 分 析 已经 达
动力 平衡 方程 为 ：
【 】｛ ）＋【 】｛ ）＋ ［ Ｉ｛ ）＝（ ）） Ｃ Ｋ Ｈ （） １
其 中 ： ］ ［ 为整 体质量 矩 阵 ； ｃ 为 阻尼 矩 阵 ； ］ ［］ ［ 为
总体 刚 度 矩 阵 ； Ｍ ｛ ）是 加 速 度 向量 ；｛）为 速 度 向 “
量 ；ｕ （ ）为位 移 向量 ； ｔ ））为外力 向量 。 对 于无 阻 尼 自由振 动 系统 ， 振动微 分方程 为 ： 其
［ ＭＩｔ ）＋ ［ Ｉ｛ ）＝｛ ） Ｋ Ⅱ Ｏ 设无阻 尼 自由振 动 的解 为 ： （） ２
验 ， 以减少实 验次 数 ， 省实验 时 间 。 可 节
３ 有 限 元模 型 的 建 立
车身 有 限元模 型 ， 应具 有 足 够 的准 确 性 ， 能反 既
映实 际结构 的主要 力 学特 性 、 构 的 实 际状 况 ， 能 结 又 保 证 网格质 量 以提 高 计 算 精 度 ， 因此 需 遵 循 以下 原
艺主要有点焊和二氧化碳保护焊等。点焊是 白车身 装 配 时最重 要 的焊 接 方 式 ， 虑 到传 递 力 的特 性 ， 考 对 点焊 采用 Ｃ Ｌ ＷＥ Ｄ单 元 进 行 点 焊 的模 拟 。二 氧 化 碳 保 护焊 采用 Ｒ Ｅ Ｂ ２单 元进 行模 拟 ， 车 身 采用 板壳 单 该 元 （ｈ ｌ 进行 结 构 的离 散 化 在 Ｈ ｐｒ ｅｈ软 件 中对 ｓｅ１ ） ｙ ｅｍ ｓ 几 何模 型 进行 网格 划分 。 整体 网格 质量 为 ： 元 长度最 短不 小 于 ４ 单 ｍｍ， 长 宽 比大 于 １： ， 小 四 ５最 边形 内角 大于 ４ 。 最小 ５， 三边形 内角大 于 ２ 。雅 Ｏ， 可 比大于 ０ ５ 最大 四边 ．， 形 角 度 小 于 １５ ， 大 ３。最
划分 为有 限个 自由度 的离 散 系 统 然后 进 行 求 解 的方 法 。到 目前 为止 ， 限元分 析法 与实 验测得 的结 果误 有
差 已在 ５ 以 内。 因此 可 以在 实 验 前 对 白 车身 进 行 ％ 评估 ， 待评 估 结果 与 我 们要 求 比较 接 近 时 再 进 行 实
设 系统为线 性不 变系统 ， 上式 可 以简化 为 ：
Ｅ 一 】（ Ｋ ）＝｛ ） ０ 要 条件是 ： 上式 转 化 为 实特 征 值 问题 ， ｝ 非零 解 的充 ｛ 有
到较高 的分析精度 ， 】利用模态振型相关理论 ， 以某
白车身 为例对 计算 模 态及 振 型 进行 相 关 分 析并 进 行 设 计优 化 ， 时弥 补 了设 计 中存 在 的缺 陷 ， 强 其市 及 增
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型进行模 态分析 计算， 到 白车身的各阶模态频率和模 态特性。并对 结果进行分析 ， 出利 用各 阶模 态的应 得 提 变能分布 ， 定车身结构弹性变形最大位 置的 方法， 确 有针对性 地加 强车 身的局部 刚度 用 以提 高固有频 率， 最 后计算 出优化后 的 白车身有较 高的各阶模态频率 ， 在产品设计阶段 较好 的指 导了车 身的设计。 关键词 ： 有限元 ； 白车 身； ｙｅｍｅｈ 模 态分析； Ｈ ｐｒ ｓ ； 优化
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（ ）该 车 的 发 动 机 怠 速 所 引 起 的激 励 频 率 是 ２ ２ Ｈ ， 常行 驶 时激 励 频 率 为 ２ ０ ， 然 发 动 机在 ６ ｚ正 ０ Ｈｚ显 怠 速运转 时容 易 引起 共 振 ， 响强 度 、 靠性 、 用 寿 影 可 使 命、 乘坐 舒适性 等 。 （ ）轿 车 白车身 的低 阶模 态 频 率 反 映 了 白车身 ３ 的刚度性 能 ， 对车 身 的刚度都 是拿 白车 身 的低 阶模态
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