基于模态的白车身结构优化研究

摘要

作为实现汽车使用功能的重要结构，轿车车身的品质是关系到用户满意度的重要因素。而白车身的振动模态特性又是车身品质的重要方面。白车身模态预示着汽车在使用过程中车身的振动特性，低阶模态还反映车身结构的刚度特性。获取白车身结构模态参数是进行轿车车身优化设计的前提。
　　 课题以白车身结构模态分析为核心，研究包含以下六个方面：
　　 (1)总结白车身计算模态分析基本方法。结合前人经验，对白车身有限元建模指导原则加以归纳，包括几何简化合理性、网格划分质量控制和连接方式等效性三个方面。
　　 (2)在CATIAV5环境中建立白车身CAD模型；在Hypermesh8.0中建立有限元仿真模型。在Nastran2005中计算得到模态参数。
　　 (3)以多自由度系统复模态分析为基础，结合系统辨识理论，对白车身实验模态分析原理进行阐述，对具体车型模态试验方案加以描述；运用LMS测试系统进行模态试验。
　　 (4)结合实验模态分析理论，在获取的频响函数基础上，对白车身模态参数用最小二乘复频域法(LSCF)辅以最小二乘复指数法(LSCE)进行估计。用频响函数综合(FRFSynthesis)、模态置信准则(MAC)和模态参预(MP)三个指标进行模态验证，并对结果进行分析。
　　 (5)通过实验模态和计算模态结果的对比，得到白车身的模态参数，包括固有频率和模态振型。
　　 (6)结合薄板声辐射理论，以顶棚声振特性优化为手段，对车身薄板结构振动描述及优化方法进行了探讨；并以此为切入点对具体车型车内噪声进行优化研究。
　　 通过对上述六个方面的探讨，从白车身建模到车身结构优化，形成一个较完整的研究思路；课题着重从结构改进方面挖掘汽车减振降噪潜力，对当前国内在车身结构动态性能优化方面的工作具有一定参考意义。
　　 课题具有以下创新性：
　　 (1)归纳出白车身有限元仿真精度的核心影响因素，即几何简化的合理性、网格质量和连接方式的等效性三个方面，以此作为白车身有限元建模的指导原则。
　　 (2)有别于前人以车身顶棚固有频率为优化变量，本课题以振型优化为手段，提出车身薄板声振特性的统计描述方法。