白车身模态分析作业指导书(修改)

上海同济同捷科技股份有限公司文件名称:白车身模态分析作业指导书文件编号:YJY·P·0020·A1--2004归口部门:研究院文件版本号:A1页码:1/16文件编号：YJY·P·0020·A1-2004文件名称：白车身模态分析作业指导书编制：日期：审核：日期：批准：日期：发布日期：年月日实施日期：年月日1前言为使本公司白车身模态分析规范化，参考国内外白车身模态分析的技术，结合本公司已经开发车型的经验，编制本分析作业指导书。意在对本公司分析人员在做白车身模态分析的过程中起指导作用，让不熟悉或者不太熟悉该分析的员工有所依据，提高工作效率和精度。本作业指导书将在本公司所有白车身模态分析中贯彻，并将在实践中进一步提高完善。内容包括：前处理模型；分析软件的使用；工程载荷及求解的设置；分析结果后处理和评价标准等。本标准于2004年9月起实施。本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室提出。本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室负责归口管理。本标准主要起草人：谢颖、邓文彬2部门分析工作流程说明汽车设计部门汽车工程设计研究院CAE分院振动与噪音分析研究所项目分析员主管分析员项目分析员主管分析员项目分析员主管分析员NYNYNY项目启动通知书根据合同要求确定分析内容。保证数据完整性保证网格划分及计算方式的正确性CAE分院模态分析工作所需时间在车身分院提供完整白车身数模（有焊点，且没有干涉）的条件下，一轮建模计算及编写报告需22天/5人。通常一个项目中，随设计的不断更新，需不断更新检查和计算。利用MSC.Nastran进行计算，结果以xdb文件形式导入MSC.Patran得出后处理结果得出分析结论、写出分析报告、并根据相关标准给出具体评价及向设计部门提出修改方案产品数模复核UG数模、材料属性、焊点信息、厚度等数据是否合格内审、外审是否通过最终报告根据UG数模利用Hypermesh对结构进行网格划分、焊点连接。然后导入MSC.Patran对结构赋予材料属性、单元属性、边界条件等，并转换成可利用MSC.Nastran计算的bdf卡片是否合格3白车身模态分析流程1、适用范围任何车型的白车身。2、分析的目标及意义本分析旨在分析白车身的振动固有频率和振型，得到的数据可为车身结构设计和振动噪声分析提供参考。3、前处理建模3.1白车身模型（只包括焊接总成，不包括门、玻璃、内饰等螺栓紧固件），焊点用RBE2(6个自由度)模拟，焊点布置应符合实际情况，边界条件为自由。3.2网格大小和注意事项如下。3.2.1建模标准（所有项均在HYPERMESH中检测）表1单元参数单元分类界限最低界限或范围满足程度Length大于8mm5mm必须Aspectratio小于45必须Internalangle四边形单元450-1350300-1500必须三角形单元300-1200250-1300必须Jacobian大于0.750.6必须Warpage小于1015尽量Chorddev暂缺三角形单元总数小于8%10％尽量（注：三角形单元总数指的是整车中三角形单元所占比列）在网格划分之前，一定要充分考虑该零件与其它零部件之间的连接关系。3.2.2在hypermesh中注意事项：3.2.2.1单元网格总体要求：连续、均匀、美观，过渡平缓。43.2.2.2对于倒角，倒角两端点距离小于5mm时可删去（命令：geom\distance）。当倒角两端点距离大于5mm时，测一下倒角的弧长(命令：geom\length)，如弧长小于10mm时划分一个单元，大于10mm，划分两排单元，如难以满足单元长度要求，可将倒角的一边toggle掉。对于孔，半径小于5mm时可删去，同时删去小于5mm的凸台和沉孔。3.2.2.3对于对称件，只划分一个件的网格，另一个件使用镜像方法生成。对于一个单个零件如果是左右对称的，可将它从中间切开，划分一半即可（使用splitbody命令），对于单个零件判断其是否是左右对称的，可将切开的另一半镜像过去（使用transform命令），渲染后看是否重合3.2.2.4对于一些比较小的零部件（比如小螺栓）根据其位置和尺寸及对分析目标的重要性可不进行网格划分3.2.2.5B柱之前的零件网格尺寸控制在10-15mm，对于B柱之后ｃ柱之前的零件，可适当增大网格尺寸，定在15-20mm，ｃ柱之后20－35ｍｍ划分时可根据具体情况进行调整(如对一些连接处可划分细一些)；3.2.2.6原则上存在焊点的翻边必须划分两排单元，识别焊边可察看各总成数模、或者是看参考车型以及去设计部门的相关负责人联系。在焊点的翻边上，如翻边长度小于10mm，在保证最小单元长度要求下，可适当将翻边加长。大于10mm时，考虑划分两排单元，对不符合长度要求的单元进行必要的调整（如将翻边的边界toggle掉）。原则上焊点位置由设计部门确定，在设计部门已提供焊点位置的情况下，采取以下操作步骤：1）在UG中检查焊点位置，若发现分布不合理的焊点，须与车身相关设计人员确认；2）将零件导入HYPERMESH，其中应包含该零件的焊点信息――点和圆圈线（导入前需确认在UG里已经将点、线、面分层）；3）将含圆线圈的COMP隐藏，只显示零件和焊点，然后用GEOMCLEANUP/FIXEDPOINTS/ADD命令将焊点变成零件面上的硬点；4）划分网格并按标准检查好单元质量后，文件先以HM格式进行保存（须包含所有点、线、面和单元），然后将网格输出成*.bdf文件，再将焊点和圆圈线输出成*.igs（该文件的命名方法：在bdf文件名前加w。如：bdf文件53-01.bdf，则igs文件w53-01.igs）；5）在PATRAN里装配时，将5同一零件的*.bdf、*.igs文件导入，且放在同一个GROUP里。6）圆圈的个数的含义如下：两层焊点以Ф5红色圆圈表示；三层焊点以Ф6红色双圆圈表示；四层焊点以Ф7红色三圆圈表示；多层焊用一个多点RBE2模拟，不能用多个RBE2模拟，且该RBE2的INDEPENDENT节点位于中间板上。7）对于跨总成的多层焊点，须在装配完整后再行连接。在确认设计部门不能提供焊点的情况下，焊点的布置按照《“白车身焊接设置”操作指导书》，对于参考车型中焊点比《“白车身焊接设置”操作指导书》普遍比较密的区域，可以根据参考样车的实际情况适当对该处焊点进行加密。3.2.2.7在hypermesh里划分完网格后，进行表1中的检查并对不符合规范的网格进行调整和修改（操作命令：2D\editelement\clearup）。调整完后，使用tools\checkelems命令进行一次总检测。3.2.2.8单个零件的有限元模型中不允许有自由节点和重复单元存在，shell单元的法向要一致（命令：tools\normal）。3.2.2.9总成各零件划分完毕，以HM格式进行保存，同时输出BDF文件。注意备份。3.2.3文件命名规范3.2.3.1UG导出的IGS文件，命名与原PRT文件名相同，如：5400121.Prt――》5400121.igs；对称件命名，如：5400111（对称件5400121）.prt――》5400111－121.igs3.2.3.2HM文件命名时同IGS文件，输出的BDF文件命名时亦同IGS文件。3.2.4总成干涉调整本次有限元模型的建立，以各总成为基础。总成零件划分完毕，将在PATRAN中进行干涉的调整，焊点连接。以下是操作方法：3.2.4.1打开PATRAN2001，选择FileNew，输入文件名，OK；弹出ModelPreferences菜单，Tolerance选项选择Default,OK。3.2.4.2分层导入有限元模型。File－Import,弹出对话框，Object选择6Model，Source选择MSCNastranInput，CurrentGroup中输入层名（注意：层名必须与导入的BDF文件名一致,头部加总成号，如：53－5300101），Apply。3.2.4.3所有零件导入后，删去由Hypermesh产生的材料和单元特性信息。操作：MaterialsdeletePropertiesdelete3.2.4.4Post单个层，检查网格的边界、法向。操作：ElementsVerify――element――boundaries3.2.4.5Post所有层，检查零件干涉，并进行调整，操作：ElementModify――Node――Offset4、分析软件的使用3D工程软件：UG（用于几何面修改和建立，并传送到分析软件）有限元分析软件：HYPERMESH，PATRAN（用于前、后处理）；NASTRAN（用于求解结果）5、分析结果后处理及评价标准模态的含义是系统的某一本质的振动形态，在这种振动形态下，系统表现出单自由度系统的运动特征。模态分析指对结构的动态特性的解析分析和试验分析，其结构动态特性用模态参数来表征，模态参数是系统运动方程的特征值和特征向量。其经典定义是：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一7组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。其中，坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。模态分析的核心在于对系统的固有特性的提炼和识别，最终目标为识别出系统的模态参数，为结构系统的动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。通过模态分析求得白车身除刚体模态外的200Hz以下的模态振型。以目标车的实验和分析结果为目标，主要的几阶整体弯扭模态频率应高于或至少等于目标车相对应的模态频率。结构的动态响应由外界激励频率和结构本身的固有频率决定。在结构设计时，应考虑这些因素。第一，尽量提高结构的刚度，以提高前几阶固有频率；第二，结构固有频率应尽量错开载荷激振频率2Hz以上。微型车的激励一般最主要为路面激励、车轮不平衡激励、发动机的怠速激励。路面激励一般由道路条件决定，目前高速公路和一般城市较好路面上，此激励力频率多在1-2Hz。车轮不平衡激振频率取决于汽车的行驶车速。发动机的怠速激振频率取决于怠速转速和汽缸数。模态频率是白车身的固有振动频率，所以模态频率能很好地反映整车在结构上的优劣。如果第一阶扭转模态频率和第一阶弯曲模态频率都大于对比车的，则表明该车的扭转刚度和弯曲刚度比对比车的大；如果在低阶振型云图上颜色比较均匀，表明刚度分布比较均匀，白车身结构刚度没有突变区域，反之，如果在较小的局部区域内出现红色过渡到白色，说明刚度局部有突变，容易在此产生应力集中。一般轿车白车身的第一阶频率通常出现在20-35Hz，在此范围内，白车身的第一阶频率越高，越有利于提高该车的NVH特性。附图（某白车身模态分析除去刚体模态的前两阶振型）：8一阶弯曲振型云图一阶扭转振型云图6、成果提交形式以报告的形式提交，可出现在白车身结构有限元分析报告以及其它与之相关的振动分析报告中。7、具体分析流程7.1对已经连好焊点的白车身的各个零件定义材料卡片，操作：图7.1Material-create-isotropic-manualinputInputProperties-LinearElastic在ElasticModulus,PoissonRatio,Density里分别填入白车身钢材的弹性模量，泊松比和密度。9图7.17.2定义单元属性卡片，操作：图7.2Properties-create-2D-ShellOption(s):HomogeneousStandardFormulationInputProperties在MaterialPropertySets出现的材料中选择该零件的材料填到MaterialName里。在Thickness里填入该零件的厚度。10图7.27.3定义模态分析工况，操作：图7.3LoadCases-create在LoadCaseName里取名，勾上MakeCurrent，在LoadCaseType选Static，在Assign/PrioritizeLoads/BCs中不选任何边界条件，然后Apply。11图7.37.4定义模态分析卡