一种基于模态频率响应的振动干涉异响的结构NVH分析方法

摘要

本发明涉及汽车设计领域，具体涉及一种基于模态频率响应的振动干涉异响的结构NVH分析方法。由三维模型建立翻转机构的有限元模型，采用CAE软件进行分析，结合两个结构件通过橡胶衬套连接时的间隙动态变形情况，得出轴管与轴杆的参考点三个方向（X，Y，Z）的动态位移值，通过比较这两个参考点的位移值及对应的频率，可计算出轴管与轴杆在运动时的间隙，然后比较几何布置尺寸计算间隙与分析间隙，进一步进行结构修改。本发明方法缩短产品的开发周期，降低研发成本，响应时间较短且准确，利于解决结构振动中的运动干涉异响等工程问题，从而提高整车的NVH性能，对于整车等系统总成进行动态验证设计，对整车研发具有非常重要指导意义。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车设计领域，具体的说是涉及一种基于模态频率响应的振动干涉异响的结构NVH分析方法。

背景技术

在汽车产品开发过程中，橡胶衬套作为汽车系统中的一个重要部件，其在减振或隔振方面起着重要作用，在汽车运动过程中，衬套会受到来自各个方向的作用力。衬套刚度对其变形影响较大，为避免和地面或其他部件的频率产生共振，基于衬套动刚度的结构或系统进行动态变形分析，特别是在开发前期进行动态干涉检查有着重要意义。

在汽车开发中，有些系统用单纯的静、动态分析较难满足开发要求，像商用车领域里的驾驶室翻转机构系统，用单纯的静态分析虽然能计算强度性能，但是较难准确计算振动运动量；而采用动力学仿真分析可以计算整个系统的运动变形量，从而为零件运动模式设计运动间隙，避免干涉产生异响，为产品的准确开发提供巨大的技术支持，缩短产品的开发周期，降低成本。

在结构的NVH、强度以及耐久分析中，其静态分析技术相当成熟，但汽车结构件通常受到来自各个系统的动态冲击，各个零件的振动模式不一致，导致运动干涉而产生异响，从而影响到整车的NVH性能。但是常规的静力学分析很难全面检验结构的振动力学性能。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于模态频率响应的振动干涉异响的结构NVH分析方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于模态频率响应的振动干涉异响的结构NVH分析方法，其步骤如下：

1）根据两个结构件通过橡胶衬套连接时的间隙动态变形情况，采用CAE软件进行分析。首先是橡胶衬套参数收集，即衬套的三个方向（X，Y，Z向）的动刚度曲线，若没有动刚度曲线，则要通过试验测量衬套三个方向的动刚度值；

2）结构部件基本参数收集，包括轴管、轴杆、安装支架及底座等几何尺寸、材料参数、三维模型；

3）根据三维模型在商业软件Hypermesh中建立机构有限元网格模型，支架采用壳单元建模，底座先采用壳单元建立包络网格模型，然后根据壳单元网格模型建立实体网格模型，轴杆采用六面体单元建模，提高分析精度，螺栓连接处采用刚性单元连接，焊缝采用壳单元对应连接或刚性单元连接；

4）将建立好的支架、轴管及轴杆等网格模型导入到商业软件Abaqus中装配，建立衬套连接属性，并赋予衬套动刚度值，即每个频率对应一个刚度；

5）建立分析步，分析步包括两个，第一个分析步为求解模态分析步，计算的模态最高频率要大于衬套动刚度频率，第二分析步为模态稳态动态分析步，在稳态分析步中设置模态频率的上、下限值以及求解的个数，同时设定阻尼，采用直接阻尼方法，即开始模态到结果模态，临界阻尼比在0.1以下，在分析步中设置好轴管及轴杆参考点，将这两个参考点在后处理中进行计算；

6）建立载荷步，根据力的平衡及等效原理，将驾驶室重量等效到轴管中心处，在此处施加驾驶室重力及相应的等效扭矩，在扭杆调节端处施加轴向等效扭矩值，该扭矩即为驾驶室等效的扭矩；

7）根据分析结果，得出轴管与轴杆的参考点三个方向（X，Y，Z）的动态位移值，通过比较这两个参考点的位移值及对应的频率，可计算出轴管与轴杆在运动时的间隙，然后比较几何布置尺寸计算间隙与分析间隙，从而进一步进行结构修改。

在步骤5）中所述模态频率的上、下限值即为设定的衬套动刚度频率上下限值，所述开始模态到结果模态是要覆盖衬套动刚度的最低频率和最高频率。

本发明的有益效果在于：该方法缩短产品的开发周期，降低研发成本，响应时间较短且准确，利于解决结构振动中的运动干涉异响等工程问题，从而提高整车的NVH性能，对于整车（车身、底盘、PTAE）等系统总成进行动态验证设计，对整车研发具有非常重要指导意义。

附图说明

图1为本发明方法分析流程图，

图2为轴管与轴杆动态变形对比图，

附图2中：1为轴杆，2为轴管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例： 参见图1，图2。

一种基于模态频率响应的振动干涉异响的结构NVH分析方法，其步骤如下：

1）根据两个结构件通过橡胶衬套连接时的间隙动态变形情况，采用CAE软件进行分析。首先是橡胶衬套参数收集，即衬套的三个方向（X，Y，Z向）的动刚度曲线，若没有动刚度曲线，则要通过试验测量衬套三个方向的动刚度值；

2）结构部件基本参数收集，包括轴管、轴杆、安装支架及底座等几何尺寸、材料参数、三维模型；

3）根据三维模型在商业软件Hypermesh中建立机构有限元网格模型，支架采用壳单元建模，底座先采用壳单元建立包络网格模型，然后根据壳单元网格模型建立实体网格模型，轴杆采用六面体单元建模，提高分析精度，螺栓连接处采用刚性单元连接，焊缝采用壳单元对应连接或刚性单元连接；

4）将建立好的支架、轴管及轴杆等网格模型导入到商业软件Abaqus中装配，建立衬套连接属性，并赋予衬套动刚度值，即每个频率对应一个刚度；

5）建立分析步，分析步包括两个，第一个分析步为求解模态分析步，计算的模态最高频率要大于衬套动刚度频率，第二分析步为模态稳态动态分析步，在稳态分析步中设置模态频率的上、下限值以及求解的个数，同时设定阻尼，采用直接阻尼方法，即开始模态到结果模态，临界阻尼比在0.1以下，在分析步中设置好轴管及轴杆参考点，将这两个参考点在后处理中进行计算；

6）建立载荷步，根据力的平衡及等效原理，将驾驶室重量等效到轴管中心处，在此处施加驾驶室重力及相应的等效扭矩，在扭杆调节端处施加轴向等效扭矩值，该扭矩即为驾驶室等效的扭矩；

7）根据分析结果，得出轴管与轴杆的参考点三个方向（X，Y，Z）的动态位移值，通过比较这两个参考点的位移值及对应的频率，可计算出轴管与轴杆在运动时的间隙，然后比较几何布置尺寸计算间隙与分析间隙，从而进一步进行结构修改。

在步骤5）中所述模态频率的上、下限值即为设定的衬套动刚度频率上下限值，所述开始模态到结果模态是要覆盖衬套动刚度的最低频率和最高频率。

本发明方法说明：

1、根据三维模型建立翻转机构的有限元模型，模型包括壳单元、实体单元、螺栓连接等，有限元模型要与实际相吻合。

2、在Abaqus中定义运动关系，运动关系包括铰链连接及衬套连接等。铰链连接模拟时要选择铰链的局部坐标系，同样衬套建立也在要其局部坐标系上。   

3、基于模态频率响应的动态分析方法，首先要建立模态频率求解的分析步，提取的频率总数要大于所需要关注的频率段；其次是建立动态分析步，其分析步中的开始模态和结束模态要覆盖激励力的最低频率和最高频率，选择直接阻尼，并定义临界阻尼比。（典型的取值范围在1%-10%）。                                                                        

4、 采用模态频率响应分析，载荷定义要与实际相吻合，主要采用的是驾驶室重力的等效，将驾驶室重力等效后施加到轴管上，同时为了保持力的平衡，在扭杆调节端施加等效的扭矩值。       

5、根据分析结果读取翻转机构中通过衬套连接的轴管与轴杆的参考点位移值。通过动态变形量，检查部件间的运动间隙，进而为改进设计提供指导。

基于模态频率响应的动力学分析技术是在指定的频率范围内，在一定的激励作用力下计算结构在频域上的动态响应问题，这与实际工程中动态运动情况相吻合，可以在设计和验证阶段进行结构系统的干涉检查分析及为改进提供理论指导，缩短产品的开发周期，降低研发成本，响应时间较短且准确。通过实车耐久路试试验验证了此分析方法的准确性及稳定性。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。