车身NVH分析优化及应用

车身NVH分析优化及应用噪声-Noise:•是人们不希望的声音MaybeUndesirable(RoadNVH)•注解:声音有时是我们需要的MaybeDesirable(PowerfulSoundingEngine)•是由频率,声级和品质决定的CharacterizedbyFrequency,level&quality•频率范围:20-10,000HzFrequencyrange:inthe20-10kHzrange振动-Vibration•人身体对运动的感觉,频率通常在0.5-200Motionsensedbythebody,mainlyin.5Hz-50Hzrange•是由频率,振动级和方向决定的CharacterizedbyFrequency,levelanddirection不舒服的感觉-Harshness•Rough,gratingordiscordantsensation什么是NVH？车身NVH分析优化及应用①白车身模态分析②闭合件模态分析③转向系统模态分析④悬置支架模态分析⑤排气挂钩模态分析⑥蓄电池支架模态分析⑦内饰车身模态分析⑧接附点动刚度分析⑨接附点NTF分析①白车身模态分析车身按承载式的区别•非承载式（有车架式）：一般，货车（除微型货车）、大客车、专用汽车及大部分高级轿车上都有单独的车架，车身上的载荷主要有车架来承担，但车身仍在一定程度上承受由车架弯曲和扭转变形所引起的载荷。•半承载式：半承载式是一种过渡型的结构，车身下部仍保留有车架，不过它的强度和刚度要低于非承载式的车架，一般将它成为底架，这种结构形式主要用在大客车上。•承载式（无车架式）：承载式车身无车架，车身的强度和刚度通常主要由车身下部来予以保证，一般中低档轿车车身属于承载式车身。白车身定义：是指焊接车身的本体部分，不包括通过螺栓装配连接在车身本体上的部分（车门、前罩板、行李箱盖以及需要螺栓连接的翼子板等）。白车身模态分析的目的：•验证分析模型的正确性（可以检查焊点遗漏、焊点层次错误、材料参数错误、单元属性错误等）；•可以获得车身的主要动力学特征：关注的主要振型和频率（一阶弯曲和一阶扭转、顶棚模态、前端模态等），验证是否满足设计目标要求；•通过优化白车身模态来管控整车的NVH性能，使得整车频率避开发动机怠速频率，避免怠速共振。①白车身模态分析白车身模态分析方法•白车身分析模型分为两种模型：带风挡玻璃（用BIP）和不带风挡玻璃的模型（BIW）•边界条件：白车身模态分析为自由模态分析，即模型不包含任何形式的约束；•分析频率和求解方法：分析频率的设定范围设定为0-70Hz,计算包含刚体模态，这样做的目的是可以检验模型；使用MSC.Nastran的Sol103求解序列，模态算法采用Lanzcos（兰索士法），对应的卡片为EIGRL。•分析结果及评价：白车身模态分析的结果是计算出结构的各阶模态频率和振型，须区分整体模态和局部模态，评价时主要用整体的频率进行评价，即是否满足设定的目标值；如果不满足需要进行结构优化。①白车身模态分析7白车身模态优化案例一阶扭转一阶弯曲案例：白车身BIP一阶扭转模态的频率为：38.18Hz，不满足目标值40Hz的要求，需要进行优化。振型图见下图。①白车身模态分析8方案图示说明一阶扭转结果质量变化1零件5401742、5701321绿色部分的面沿外法线方向移动10mm,增大此处截面，左右对称；38.93Hz（+0.75Hz）+0.2kg2零件5401742、5701321绿色部分的面沿外法线方向移动20mm,增大此处截面，左右对称；39.28Hz（+1.1Hz）+0.4kg白车身模态优化案例①白车身模态分析9方案图示说明一阶扭转结果质量变化3零件5401142、5401131厚度从0.8mm增加到1.2mm38.60Hz（+0.42Hz）+0.4kg4改变零件5104754的形状，并增加焊点，左右对称38.58Hz（+0.4Hz）+0.1kg白车身模态优化案例①白车身模态分析10方案图示说明一阶扭转结果质量变化5方案2+方案339.68Hz（+1.4Hz）+0.6kg6方案4+方案540.07Hz（+0.4Hz）+0.7kg白车身模态优化案例①白车身模态分析优化前优化方案6BIPBIP一阶扭转（Hz）38.1840.07一阶弯曲（Hz）52.252.22质量（Kg）328.7329.6白车身模态优化案例•优化总结：通过以上方案经优化白车身BIP模态满足目标值，共增重0.7kg。①白车身模态分析②闭合件模态分析闭合件：包括车门、前罩板、行李箱盖或背门•车门：可以分为前门、中门、后门；•前罩板：发动机舱盖板或类似于发动机舱盖板的闭合件总成。英文名为bonnet或hood；•行李箱盖或背门：三厢车为行李箱盖，英文名为decklid，两厢车为背门英文名为tailgate车门模态分析•基本术语：活动铰链、固定铰链：在车门的安装铰链中，和车门相连的铰链为活动铰链；和立柱相连的铰链为固定铰链。上臂模型：连接上导轨滑轮与车门模型。下臂模型：连接下导轨滑轮与车门模型。车门模型：指车门的焊接总成模型（当车门铰链使用焊接铰链时，焊接在车门上的活动铰链不包括在车门模型中）。全局坐标：乘用车：轴距方向为X方向，轮距方向为Y方向。商用车：轴距方向为Y方向，轮距方向为X方向。②闭合件模态分析车门模态分析•分析设置：边界条件：车门模态分析为自由模态分析，即模型不包含任何形式的约束；分析频率和求解方法：分析频率的设定范围设定为0-100Hz,计算包含刚体模态，这样做的目的是可以检验模型；使用MSC.Nastran的Sol103求解序列，模态算法采用Lanzcos（兰索士法），对应的卡片为EIGRL。分析目的：验证分析模型的正确性（可以检查焊点遗漏、焊点层次错误、材料参数错误、单元属性错误等）；分析结果重点关注车门内板局部、外板局部、窗框的局部及整体模态是否满足目标要求，如果不满足要求需要进行优化分析。②闭合件模态分析车门盖模态分析•分析设置边界条件：车门模态分析为自由模态分析，即模型不包含任何形式的约束；分析频率和求解方法：分析频率的设定范围设定为0-100Hz,计算包含刚体模态，这样做的目的是可以检验模型；使用MSC.Nastran的Sol103求解序列，模态算法采用Lanzcos（兰索士法），对应的卡片为EIGRL。②闭合件模态分析16前车门模型车门模态分析案例•模型描述：前车门不带铰链模型，模型质量为14.89Kg；•边界条件：自由模态分析，模态提取范围0～100Hz。②闭合件模态分析17内板局部模态46.4Hz门框加外板局部模态72.3Hz车门模态分析案例•计算结果：内板局部模态，门框加外板局部模态如下图所示：②闭合件模态分析18一阶弯曲58.2Hz一阶扭转65.2Hz车门模态分析案例•计算结果：一阶弯曲模态，一阶扭转模态如下图所示：②闭合件模态分析19振型模态(第三版)（Hz）模态(第二版)（Hz）目标值（Hz）内板局部模态46.443.9门框加外板局部模态72.355一阶弯曲58.260.245一阶扭转65.26645前车门自由模态一阶弯曲和一阶扭转模态满足目标值，因此不需要优化。车门模态分析案例•计算结果汇总：②闭合件模态分析前罩板模态分析•前罩板的FE模型：由前罩板本体（包括内外蒙皮，铰链加强件，锁销，锁销加强件及内外蒙皮之间的粘胶）和铰链（包括固定铰链和活动铰链）组成。做模态分析时，采用不带铰链的前罩板FE模型。②闭合件模态分析前罩板模态分析•分析设置边界条件：前罩板模态分析为自由模态分析，即模型不包含任何形式的约束；分析频率和求解方法：分析频率的设定范围设定为0-100Hz,计算包含刚体模态，这样做的目的是可以检验模型；使用MSC.Nastran的Sol103求解序列，模态算法采用Lanzcos（兰索士法），对应的卡片为EIGRL。②闭合件模态分析22前罩板有限元模型图前罩板模态分析案例•模型描述：前罩板有限元模型质量13.1kg•边界条件：自由模态分析，模态提取范围0~100Hz②闭合件模态分析23一阶整体扭转一阶整体弯曲45.4HZ63.5HZ前罩板模态分析案例•计算结果：前罩板一阶整体扭转与一阶整体弯曲模态如下图所示②闭合件模态分析24前罩板固有频率模态一阶整体扭转(Hz)一阶整体弯曲(Hz)自由模态45.463.5目标值3030前罩板模态分析案例•结果汇总②闭合件模态分析前罩板自由模态一阶整体扭转为45.4HZ,一阶整体弯曲为63.5HZ，均高于目标值30Hz。行李箱盖模态分析•行李箱盖的FE模型：包括行李箱盖内外板、铰链、锁加强件、结构胶，不包括铰链机构。•背门模态分析目的：通过模态分析结果，可以判断分析模型在建立有限元模型的过程中是否有局部的连接错误。考查分析的背门的模态频率是否满足分析设定的目标值。与试验测得的固有频率对标，保证背门有限元模型的准确性。②闭合件模态分析行李箱盖模态分析•分析设置边界条件：行李箱盖模态分析为自由模态分析，即模型不包含任何形式的约束；分析频率和求解方法：分析频率的设定范围设定为0-100Hz,计算包含刚体模态，这样做的目的是可以检验模型；使用MSC.Nastran的Sol103求解序列，模态算法采用Lanzcos（兰索士法），对应的卡片为EIGRL。②闭合件模态分析27FE模型行李箱盖模态分析案例•模型描述行李箱盖有限元模型质量8.709Kg；内板和外板用焊点用SHELLGAP模拟，粘胶用实体模拟。•边界条件自由模态不做约束；计算0~100Hz模态频率，提取非刚体模态。②闭合件模态分析28一阶扭转61.14Hz计算结果一阶弯曲63.75Hz行李箱盖模态分析案例•分析结果②闭合件模态分析行李箱盖的一阶弯曲为63.75Hz，一阶扭转为61.14Hz，都高于目标值40hz,满足目标要求。分析结果目标值行李箱盖质量（kg）——8.709一阶扭转（Hz）40Hz61.14一阶弯曲（Hz）40Hz63.75行李箱盖模态分析案例•结果汇总②闭合件模态分析背门模态分析•背门的FE模型：带背门窗玻璃分析模型包括背门内外蒙皮、所有加强件、背门玻璃、玻璃胶条、内外蒙皮间的连接胶，不包括铰链机构（包括活动铰链和固定铰链）。•背门模态分析目的：通过模态分析结果，可以判断分析模型在建立有限元模型的过程中是否有局部的连接错误。考查分析的背门的模态频率是否满足分析设定的目标值。与试验测得的固有频率对标，保证背门有限元模型的准确性。②闭合件模态分析背门模态分析•分析设置边界条件：背门模态分析为自由模态分析，即模型不包含任何形式的约束；分析频率和求解方法：分析频率的设定范围设定为0-100Hz,计算包含刚体模态，这样做的目的是可以检验模型；使用MSC.Nastran的Sol103求解序列，模态算法采用Lanzcos（兰索士法），对应的卡片为EIGRL。②闭合件模态分析32FE模型背门模态分析案例•模型描述背门有限元模型质量26.01Kg；•边界条件自由模态不做约束；计算0~100Hz模态频率，提取非刚体模态。②闭合件模态分析33一阶扭转29.6Hz一阶弯曲27.4Hz背门一阶扭转模态为29.6Hz，目标值为28Hz，满足要求；一阶弯曲模态为27.4Hz，目标值为40Hz，不满足要求。针对一阶弯曲模态低的问题，需要进行优化。背门模态优化分析案例•分析结果②闭合件模态分析方案图示说明一阶弯曲模态质量变化1增加如图所示的外板加强件(厚1)，且其绿框区域与内板相焊34.73Hz（+7.3）+0.9kg2延长如图粉色的内板加强件棕色部分为增加部分，原来的粉色部分及新增部分均厚1(粉色部分原厚1.6)；增加如图所示的两个支架(厚1)绿框区域与内板相焊，蓝框区域通过粘胶与外板相连35.63Hz（+8.2）+1.0kg3方案1+方案242.24Hz（+14.8）+1.9kg背门模态优化分析案例②闭合件模态