轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比_廖林清

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收稿日期:2008-10-28

基金项目:重庆市重大科技攻关项目(CSTC,2007AA6009).

作者简介:廖林清(1966)),男,四川人,教授,硕士生导师,主要从事现代设计法的教学与应用研究.

轿车白车身模态试验与有限元

模态分析的对比

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廖林清,徐科峰,雷 刚,屈 翔

(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)

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.

关 键 词:白车身;模态试验分析;有限元模态分析;动态特性中图分类号:U463 文献标识码:A

文章编号:1671-0924(2009)01-0011-04

Comparison between Modal Analysis and Experimental

Modal Analysis of Car .s Body -in -White

LIAO Lin-qing,XU Ke-feng,LEI Gang,QU Xiang

(Research Cen ter for Automobile Simulati on and E xperimen t Engineerin g Technology,Chongqing Institute of Automobile,Chongqing Insti tute of Technology,Chongqing 400050,China)

Abstract:Taking car .s body-in-white as subject,this paper analyzes the vibration of the body-in-white based on the experimental modal analysis method.The modal parameters such as the mode frequen -cy,da mp and shape of the frame are identified by using random signal.The results of the finite element modal analysis are compared with that of test,then c om ments are offered on the dynamic characteristics of the car .s body-in-white.

Key word s:body-in-white;experiment m odal analysis;finite element modal analysis;dynamic characteristic 现代汽车大都采用承载式车身,白车身的振动特性对整车的动态特性具有决定性的意义.汽车白车身结构模态参数反映白车身结构的固有振动特性,它不仅影响汽车的强度、刚度、可靠性和使用寿命,还影响乘坐舒适性.通过模态试验方法测出白车身频响函数,并从中分析出模态参数,同时利用有限元方法进行模态分析,通过对比研究,可以看到试验结果和分析结果的差异.根据分析结果,可以对该白车身的动态特性做出客观评价,也可以为白车身结构的分析计算、结构修改提供

第23卷 第1期Vol.23 No.1

重庆工学院学报(自然科学)

Journal of Chongqing Institute of Technology(Natural Science)

2009年1月Jan.2009

依据.

1 白车身模态试验

1.1 基本原理

模态试验分析是依靠动态测试技术对某个系统进行测量,由系统的输入和输出数据经信号处理,采用模态参数辨识法对实测到的每一个传递函数进行模态参数辨识,从而得到被测系统的固有特性.

1.2 试验悬挂系统的设计

本次模态试验采用自由支承状态.自由状态意味着试验对象在任一坐标上都与地面不相连,实际上不可能提供真正的自由支承条件,因此,本研究中设计了白车身的悬挂系统.使用了4根刚度比较小的弹簧,将白车身自由悬挂在空中,车身保持水平[1].

悬挂点分别选取前后悬架在车身的固定点上,与车身的连接处为4个质量极小的挂钩.从而使其对结构的模态影响最小.整个车身的约束状态接近于自由状态,因此这个悬挂系统对白车身整体固有特性测试的影响是比较小的.试验悬挂如图1所示

.

图1 白车身试验悬挂

1.3 测振点的布置及激振点的选择

车身是连续振动系统,该系统的惯性、弹性、阻尼和运动都依赖于空间坐标,因此不可能获得连续分布式的响应测量和无限多个特征解,因而在进行实际振动分析、参数识别时,通常将无限自由度的连续振动系统离散为有限自由度的离散振动系统.在整个车身上布置了106个测振点.测振点位置分布情况如图2所示.

本试验采用电动激振器单点激振,激振信号

为纯随机信号.激振器采用刚性安装方法,基座与基础刚性连接,有利于较低频段保持对结构较大的激振力

[2]

.

激振点选择的原则是使激振力易于向结构的各个部位传递,要求避开振动节点、结构薄弱环节和悬挂点,而且要考虑安装方便性.经过不断的试用,选取37号点为激振点,方向为垂直方向.

图2 测振点位置分布

1.4 模态试验测试分析系统

试验采用汽车振动噪声分析系统产生随机信号,并且接收激励信号和响应信号,然后把数据输给计算机,利用Onosokki DS-2000系列软件采集和处理信号,ME .scope 软件识别模态参数.模态试验测试系统的原理如图3所示.

图3 模态试验测试系统

2 有限元模态分析

2.1 几何模型的修改

该白车身结构是由冲压成形钢板通过点焊进行联接的.白车身有很多细小的结构特征,如装配工艺孔、让位台阶、过渡圆角等.由于这些特征对结构整体的性能影响很小,因此建模时删除了装配工艺孔、让位台阶、过渡圆角等细小的结构特征[3].2.2 有限元模型

由于该车身结构件大部分是由冲压成形钢板组成,所建的有限元模型采用壳体单元Quard 4和

12重庆工学院学报