基于HyperWorks的Trimmed Body扭转模态优化
Trimmed Body(TB)扭转频率接近发动机怠速工况激振频率时,会引起汽车的共振,在汽车研发阶段需要避免该情况的发生。本文基于HyperWorks软件平台,对某车型的TB扭转模态频率过低的问题进行了原因诊断,发现导致该问题出现的原因为后座椅一阶模态与TB扭转模态耦合。对后座椅骨架进行结构优化,提高了TB模型的扭转模态频率。
在新车开发阶段,为避免汽车运行过程中产生NVH问题,通常为TB扭转频率设定一个目标值,使其避开怠速工况频率。在某车开发过程中发现,TB扭转频率与后座椅一阶模态频率耦合,使得单纯从车身结构方面入手很难提升其扭转频率。本文针对以上问题,从后座椅本体入手,采用OptiStruct软件对板厚进行尺寸优化,提升了后座椅的模态频率,进而提高了TB扭转频率,在设计阶段对可能出现的NVH问题进行了预处理。 某车型在开发过程中存在扭转频率过低的问题,通过观察TB模型的模态振型,如图1,(为明显起见,仅显示白车身及后座椅),发现扭转模态与后座椅模态耦合,怀疑两者之间的耦合作用导致扭转频率偏低。为了验证是否为后座椅的问题,设计了两种实验,一是去掉后座椅,二是将后座椅以集中质量的形式连接到车身上,如图2,以集中质量的方法验证后座椅(见表1)是否对TB扭转频率产生重要影响。图2 RBE3-CONM2的形式替代后座椅的TB模型 去掉后座椅TB扭转频率上升至29.06Hz,后座椅采用集中质量(RBE3-CONM2)的形式连接到车身,TB扭转频率为28.99Hz,说明后座椅模态与TB扭转模态的耦合导致扭转频率偏低,去掉后座椅耦合影响,扭转频率得到明显提升,因此后座椅的模态优化是必要的。 后座椅有限元模型包括座椅骨架,靠背、坐垫、头枕,其中靠背、坐垫、头枕采用集中质量CONM2的形式通过RBE3连接到骨架上。建模中钣金件之间的连接分别根据实际情况采用RBE2或直径为6mm的CWELD单元模拟。座椅实际中是可以旋转的,因此需要在转动处放开转动方向的转动自由度。建立好的座椅有限元模型包括22,205个单元,22,566个节点。 使用OptiStruct中的尺寸优化面板对后座椅进行尺寸优化,以图4所示部件的板厚做为设计变量。 厚度变化范围为±50%,通过discrete dvs面板设置板厚的变化为离散性,每0.1mm作为一个增量,更好的贴合实际制造工艺。 约束后座椅与地板以及侧围连接部位六个方向的自由度,将约束的后座椅第一阶模态以及后座椅总质量作为响应,第一阶模态频率不小于32Hz为尺寸优化的约束,后座椅的质量响应最小为尺寸优化的目标,对模型进行优化。表2为优化前后设计变量厚度的变化,图5、图6分别显示了一阶频率以及质量响应的迭代历程。 设计之后座椅一阶模态由28.64Hz上升到31.90Hz,由于设置容差为0.1Hz,因此满足设计目标要求。优化后模态频率提高3.26Hz,提升率为11.4%,质量减小0.03kg,优化效果比较明显。 将优化后的后座椅重新装到TB模型上,对TB模型进行模态分析,得到的扭转模态如图7所示,扭转频率由原来的25.54Hz上升到26.94Hz,提高了1.4Hz。 通过Altair HyperWorks平台的OptiStruct尺寸优化功能对后座椅一阶模态进行优化后,后座椅总重降低0.03kg,座椅一阶模态频率上升了3.26Hz,对应的TB扭转频率上升1.4Hz,在最大节省材料的同时,NVH性能有了较大提高,优化效果明显。Altair HyperWorks平台强大的前后处理功能在解决该问题的过程中发挥了重要作用,为工程师工作提供了必要的技术支持。【免责声明】本文来自网络,由陈红伟 霍俊焱 赵敬 崔新涛 原创,仅用于个人学习!对文中观点判断均保持中立,若您认为文中来源标注与事实不符,若有涉及版权等请告知,将及时修订删除,谢谢大家的关注!
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首次发布时间:2023-04-13
最近编辑:1年前
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