白車身接附點(diǎn)局部動剛度分析

白車身接附點(diǎn)局部動剛度分析白車身接附點(diǎn)局部動剛度分析白車身接附點(diǎn)局部動剛度分析白車身接附點(diǎn)局部動剛度分析肖攀周定陸周舟長安汽車股份有限公司汽車工程研究院白車身接附點(diǎn)局部動剛度分析BIWINPUTPOINTINERTANCEANALYSIS肖攀周定陸周舟(長安汽車股份有限公司汽車工程研究院，重慶401120)摘要:白車身接附點(diǎn)的局部動剛度對整車的NVH性能有較大的影響，是在整車NVH分析中需要首先考慮的因素。MSCNastran對于整車的中低頻NVH分析有一套完整的解決方案，本文中的IPI分析是其中的一種方案。關(guān)鍵詞:白車身，有限元，接附點(diǎn)，動剛度，源點(diǎn)導(dǎo)納Abstract：ThelocaldynamicstiffnessofattachingpointsisthekeypointtoNVHperformanceofavehicle,anditshouldbeconsideredfirstinNVHanalysis.MSCNastrancanprovideaseriesofsolutionsfornormalfrequencyNVHanalysisoftotalvehicle,andIPIanalysisinthispaperisoneofthesesolutions.Keywords:BIW,CAE,NVH,IPI,MSCNastran1前言隨著消費(fèi)者對汽車的要求越來越高和對汽車認(rèn)識的成熟，汽車的NVH性能也成消費(fèi)者非常關(guān)注的性能指標(biāo)之一。NVH測試試驗(yàn)雖然是一種必不可少的可靠的方法，但有滯后的缺點(diǎn)，必須要在樣車完成之后才能進(jìn)行試驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)問題，然后解決問題。如果問題嚴(yán)重，還將帶來開發(fā)周期的延長和巨額的設(shè)計(jì)變更費(fèi)用，增加開發(fā)成本。整車NVH性能的CAE分析方法，其優(yōu)點(diǎn)在于可以在沒有實(shí)物樣車的工程化設(shè)計(jì)階段，較為準(zhǔn)確地評價整車的NVH性能，并提出改進(jìn)方案，盡可能在設(shè)計(jì)階段解決車身結(jié)構(gòu)及包裝上可能存在的NVH問題。為最后得到NVH性能優(yōu)良的汽車，在設(shè)計(jì)階段就打好良好的基礎(chǔ)。利用現(xiàn)有軟件MSCNastran，可以對整車的中低頻NVH性能進(jìn)行有效地分析及評價。其中，IPI（InputPointInertance）分析是評價NVH性能的重要分析方法之一，是用于考察車身與發(fā)動機(jī)、懸架連接的接附點(diǎn)的局部動剛度這一個重要指標(biāo)。白車身接附點(diǎn)局部動剛度所考察的是在所關(guān)注的頻率范圍內(nèi)該接附點(diǎn)局部區(qū)域的剛度水平，剛度過低必然引起更大的噪聲，因此該性能指標(biāo)對整車的NVH性能有較大的影響，是在整車NVH分析中需要首先考慮的因素。2分析模型由于IPI分析是考察白車身的各接附點(diǎn)局部剛度，因此分析對象包括白車身上的彈簧接附點(diǎn)、減振器接附點(diǎn)、發(fā)動機(jī)接附點(diǎn)等所有的接附點(diǎn)。在實(shí)際的分析中，由于車身結(jié)構(gòu)左右側(cè)結(jié)構(gòu)基本對稱，因此只需分析一側(cè)的接附點(diǎn)即可。3分析理論源點(diǎn)加速度導(dǎo)納：()a2a22Kf2KFxFaIPIπωω====（1）其中：x/FKa=為接附點(diǎn)動剛度；為加速度；圓頻率xa2ω=f2πω=IPI分析得到的響應(yīng)曲線如圖1所示。計(jì)算得到IPI曲線所包圍的面積，則有：∑∑∑Δ=Δ=Δ=iiaiaiiiIPIfKffKffIPIAREA222244*ππ（2）得到該接附點(diǎn)的動剛度：IPIiaAREAffK∑Δ=224π（3）根據(jù)式（3）作出動剛度曲線如如圖2所示，該曲線所包圍的面積等于IPI響應(yīng)曲線所包圍的面積。通過與動剛度目標(biāo)值比較來評價各接附點(diǎn)的動剛度水平。圖1IPI分析響應(yīng)曲線及其所包圍的面積圖2動剛度曲線所包圍的面積4分析方法用于IPI分析的白車身分析模型無約束，為自由狀態(tài)。將每個接附點(diǎn)的每個方向（X、Y、Z）的激勵載荷定義為一個載荷工況，載荷為1N的集中力，頻率范圍為所關(guān)注的中低頻率，同時將激勵點(diǎn)定義為響應(yīng)點(diǎn)，且響應(yīng)自由度與激勵自由度相同，例如Z向單位激勵的響應(yīng)輸出為Z向加速度。圖5為接附點(diǎn)的激勵載荷示意。X向Y向Z向圖5接附點(diǎn)激勵載荷定義由IPI分析得到一個接附點(diǎn)某方向的響應(yīng)曲線，如圖6-7中的曲線“IPI”，根據(jù)前面的公式計(jì)算得到該點(diǎn)的動剛度Ka，再根據(jù)動剛度目標(biāo)值Kd得到一條IPI格式的Kd曲線。該接附點(diǎn)的動剛度評價標(biāo)準(zhǔn)為：1、Ka值大于Kd值；2、然后將該點(diǎn)的IPI曲線與Kd曲線比較，如果IPI曲線在Kd曲線下方，則表示該接附點(diǎn)在該方向的動剛度滿足目標(biāo)值，對于IPI曲線上某些超出Kd曲線的峰值則需要重點(diǎn)關(guān)注。引起某個頻率的響應(yīng)峰值的原因是該頻率下的剛度過低，但并不一定是該接附點(diǎn)的附近局部區(qū)域的剛度過低引起，因此需要利用直接頻率響應(yīng)分析、靈敏度分析等方法找到引起該響應(yīng)峰值的剛度較低的部件或局部區(qū)域，通過優(yōu)化改進(jìn)該部件或局部區(qū)域的剛度來降低該響應(yīng)峰值。4.4分析結(jié)果以下為某車型的某個接附點(diǎn)的動剛度分析優(yōu)化過程。通過IPI分析，得到該接附點(diǎn)的IPI曲線和動剛度Ka，Ka能夠滿足動剛度目標(biāo)值Kd，但從IPI曲線上可以看出，有4個響應(yīng)峰值需要改進(jìn)，圖6為該接附點(diǎn)的Z向IPI分析結(jié)果曲線。通過直接頻率響應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)引起其中2個頻率上的響應(yīng)峰值都是由同一個局部區(qū)域較低的剛度引起，在與設(shè)計(jì)部門討論并確定了5種改進(jìn)方案并經(jīng)IPI分析后發(fā)現(xiàn)，第5種改進(jìn)方案能較明顯地降低這2個頻率的響應(yīng)峰值，并且在關(guān)注頻率范圍內(nèi)動剛度都有顯著提高。圖7為方案5（綠色虛線）與原方案（紅色實(shí)線）在該接附點(diǎn)Z向IPI曲線比較，運(yùn)用相同的方法，可以逐個對每個接附點(diǎn)的每個方向的動剛度及響應(yīng)峰值進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)。圖6某接附點(diǎn)Z向IPI曲線原方案峰值降低峰值降低改進(jìn)方案圖7某接附點(diǎn)改進(jìn)方案的IPI曲線比較5結(jié)論運(yùn)用基于MSCNastran的IPI分析方法可以考察車身結(jié)構(gòu)對于整車的中低頻NVH性能的影響，并可指導(dǎo)用于改進(jìn)整車NVH性能的車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施，在設(shè)計(jì)階段解決潛在的NVH問題。車身接附點(diǎn)的動剛度對于整車NVH性能有直接的影響，需要首先關(guān)注；IPI分析通過運(yùn)用頻率響應(yīng)方法分析接附點(diǎn)的源點(diǎn)導(dǎo)納響應(yīng)來評價局部動剛度；IPI分析只用于評價接附點(diǎn)的動剛度水平及發(fā)現(xiàn)關(guān)注頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)峰值。影響接附點(diǎn)動剛度的因素并不局限于該點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)區(qū)域的剛度，要找到引起動剛度較低或響應(yīng)峰值的原因