轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比

1、第23卷第1期Vol.23No.1重庆工学院学报(自然科学)JournalofChongqingInstituteofTechnology(NaturalScience)2009年1月Jan.2009轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比廖林清,徐科峰,雷刚,屈翔(重庆工学院重庆汽车学院车辆模拟与试验工程技术研究中心,重庆)摘要:以某轿车白车身为研究对象,用随机信号对白车身进行激励,.行对比,.关键:;有限元模态分析;动态特性中图分类号文献标识码:A文章编号:1671-0924(2009)01-0011-04ComparisonbetweenModalAnalysisandExperimen

2、talModalAnalysisofCarsBody-in-WhiteLIAOLin-qing,XUKe-feng,LEIGang,QUXiang(ResearchCenterforAutomobileSimulationandExperimentEngineeringTechnology,ChongqingInstituteofAutomobile,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050,China)Abstract:Takingcarsbody-in-whiteassubject,thispaperanalyzesthevibratio

3、nofthebody-in-whitebasedontheexperimentalmodalanalysismethod.Themodalparameterssuchasthemodefrequen2cy,dampandshapeoftheframeareidentifiedbyusingrandomsignal.Theresultsofthefiniteelementmodalanalysisarecomparedwiththatoftest,thencommentsareofferedonthedynamiccharacteristicsofthecarsbody-in-white.Key

4、words:body-in-white;experimentmodalanalysis;finiteelementmodalanalysis;dynamiccharacteristic现代汽车大都采用承载式车身,白车身的振动特性对整车的动态特性具有决定性的意义.汽车白车身结构模态参数反映白车身结构的固有振动特性,它不仅影响汽车的强度、刚度、可靠性和使用寿命,还影响乘坐舒适性.通过模态试验方法收稿日期:2008-10-28测出白车身频响函数,并从中分析出模态参数,同时利用有限元方法进行模态分析,通过对比研究,可以看到试验结果和分析结果的差异.根据分析结果,可以对该白车身的动态特性做出客观评价,也

5、可以为白车身结构的分析计算、结构修改提供基金项目:重庆市重大科技攻关项目(CSTC,2007AA6009).),男,四川人,教授,硕士生导师,主要从事现代设计法的教学与应用研究.作者简介:廖林清(1966© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 12重庆工学院学报为纯随机信号.激振器采用刚性安装方法,基座与基础刚性连接,有利于较低频段保持对结构较大的激振力2.激振点选择的原则是使激振力易于向结构的各个部位传递,要求避开振动节点、结构薄弱环节和悬挂点,而且要考

6、虑安装方便性.经过不断的试用,选取37号点为激振点,方向为垂直方向.依据.1白车身模态试验1.1基本原理模态试验分析是依靠动态测试技术对某个系统进行测量,由系统的输入和输出数据经信号处理,采用模态参数辨识法对实测到的每一个传递函数进行模态参数辨识,从而得到被测系统的固有特性.1.2试验悬挂系统的设计本次模态试验采用自由支承状态.自由状态,度比较小的弹簧,车身保持水平1.悬挂点分别选取前后悬架在车身的固定点上,与车身的连接处为4个质量极小的挂钩.从而使其对结构的模态影响最小.整个车身的约束状态接近于自由状态,因此这个悬挂系统对白车身整体固有特性测试的影响是比较小的.试验悬挂如图1所示.1.4模态

7、试验测试分析系统图2测振点位置分布试验采用汽车振动噪声分析系统产生随机信号,并且接收激励信号和响应信号,然后把数据输给计算机,利用OnosokkiDS-2000系列软件采集和处理信号,MEscope软件识别模态参数.模态试验测试系统的原理如图3所示.图3模态试验测试系统图1白车身试验悬挂2有限元模态分析2.1几何模型的修改1.3测振点的布置及激振点的选择车身是连续振动系统,该系统的惯性、弹性、阻尼和运动都依赖于空间坐标,因此不可能获得连续分布式的响应测量和无限多个特征解,因而在进行实际振动分析、参数识别时,通常将无限自由度的连续振动系统离散为有限自由度的离散振动系统.在整个车身上布置了106个

8、测振点.测振点位置分布情况如图2所示.本试验采用电动激振器单点激振,激振信号该白车身结构是由冲压成形钢板通过点焊进行联接的.白车身有很多细小的结构特征,如装配工艺孔、让位台阶、过渡圆角等.由于这些特征对结构整体的性能影响很小,因此建模时删除了装配工艺孔、让位台阶、过渡圆角等细小的结构特征3.2.2有限元模型由于该车身结构件大部分是由冲压成形钢板组成,所建的有限元模型采用壳体单元Quard4和© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 廖林清,等:轿车白车身模态

9、试验与有限元模态分析的对比少量Tria3来模拟车身零件的结构.建立有限元模型时,在车身的几何模型上,有点焊的地方加上硬点,采用RBE2连接2个硬点处的节点来代替真实的点焊连接.完成后的整个白车身有限元模型由163458个壳单元,174205个节点和2755对焊点单元组成.如图4所示.13次上一一对应,从振型上看,具有较好的相关性,对应频率值相对误差绝对值在10%以下.比较结果表明,有限元模型计算得到的固有频率同试验测得的频率符合很好,说明所建立的有限元模型很好地反映了实际结构的振动特性.尽管如此,理论分析与试验分析结果仍有一定误差,分析原因:1)在用有限元法建立白车身模型时删除了装配工艺孔、让

10、位台阶、过渡圆角等这些细小的结构特征.2).,存在误差.总之,模态试验采用白车身的真实结构,经过图4测量得到模态参数,结果真实可靠;有限元分析采用的白车身有限元模型是经过简化处理的,所以存在一定的误差.若要进一步使用有限元模型进行结构动力学仿真分析或结构性能优化,所建立的有限元模型还需进一步修正.3白车身模态试验分析与有限元模态分析对比3.1固有频率对比由表1可以看出,计算模态与试验模态从阶表1白车身分析模态与试验模态对比阶次12345678试验频率/Hz23.127.436.540.043.947.449.151.5有限元分析频率/Hz21.9826.9739.0840.3145.7146.

11、5346.8553.23误差/%4.851.57-7.07-0.78-4.121.844.58-3.36振型描述1阶扭转,尾部扭转较明显整车1阶扭转整车Y向弯曲尾部Z向弯曲整车Z向1阶弯曲局部Z向弯曲2阶扭转前部和尾部Z向弯曲3.2各阶振型对比由试验模态振型与计算分析振型(图512)可以看出,试验结果和分析结果得到的振型大致相同.试验模态图中虚线为车身变形前的位置,实线为变形后的位置.限于篇幅只列出1至4阶的振型.图5第1阶试验模态© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

12、served. 14重庆工学院学报图6第1阶分析模态图11第4阶试验模态图12第4阶分析模态图73.3白车身动态特性从固有频率的角度分析,汽车运行的同时要承受各种来自外界和内部激励源的激励,这些激励主要包括:1)汽车在低于150kM/h速度下行驶,路面对汽车的激励频率低于21Hz,一般要求白车身的第1阶扭转频率在23Hz以上4,相对于本车身,可图8第2阶分析模态以适当提高车身刚度,以增加低阶固有频率.2)由于发动机通常工作在怠速和正常工作时的额定功率转速下,所以要使白车身的各阶固有频率错开这2个转速下的发动机激振频率.3)还要考虑车轮不平衡和传动系统引起的激振频率.因此在分析白车身的固有频率时

13、,要考虑各种来自外界和内部激励源的激振频率,车身的固图9第3阶试验模态有频率必须避开激励频率.从振型的角度分析,该车身的低阶振型主要以弯曲和扭转为主,振幅较大的区域主要是顶棚与A柱和C柱连接的地方、发动机舱靠前、车身尾部.可以增加振幅相对较大部位的刚度,以减小这些部位的振幅.对尾部进行局部结构改进,可以改善整个白车身的动态特性.图10第3阶分析模态(下转第66页)© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 66重庆工学院学报proapoptoticprotei

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