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NVH | 如何进行白车身自由模态分析

1年前浏览2712

大家好，我是团长。

NVH是个很大也很玄的课题，似乎也没有多少人能洞察其中真正玄机。但却依然不妨碍我们通过一些经典分析项目对其进行管中窥豹。

今天我们要介绍的，就是模态分析。

什么是模态分析呢？

模态分析是用于确定设计结构振动特性，即确定结构的固有频率和振型。

对白车身进行模态分析就是使其结构在设计中尽量避免共振和噪声，加强其稳定性和安全性，同时计算方法与结果也可以为实车试验提供参考和依据。下面就来详细介绍一下如何去对白车身进行模态分析的关键技术。

1、白车身模态分析是自由模态分析，即不加任何形式的约束。

2、分析的频率范围设定为1-100Hz。（下限设置为1Hz，是为了避免计算前6阶的刚体模态，以节约计算时间。）

3、通常我们使用NASTRAN软件的SOL103求解类型来计算，算法选用兰索士法（对应卡片为EIGRL）。

SID: 载荷标识号（唯一整数 > 0）。

V1,V2 :设定模态分析时的频率范围（实数或空白，V1< V2）。

ND : 所需特征值数量（整数 > 0或者空白）。

4、结果输出设置中，我们除设定输出位移(DISP)和应力(STRESS)外，还应设定输出应变能密度（ESE）。

上面方法在前处理软件当中操作起来比较简单，工程师们习惯将上面设置写成一个Nastran头文件模版，每次分析只要在头文件文本中将模型文件名include一下就行，非常方便。

5、求解完成后，就涉及到下面对结果的一些分析，使用后处理软件打开结果，每一阶模态都会对应有一个模态频率，在对应的模态频率下会有对应的模态振型。

在车身模态中，最值得我们去关注的就是车身一阶弯曲模态频率与一阶扭转模态频率，如下图所示。

上图模态分析中，为白车身一阶扭转与一阶弯曲的位移云图。由图我们看以看出：

a) 左边白车身前后两端的左右两边都做反向运动，前后两端对角做同向运动，整个车身在扭动，我们把这种振动形式称为白车身一阶扭转振形；

b) 右边白车身前后两端做同向运动，中部做反向运动，车身在纵向做弯曲运动，我们把这种振动形式称为白车身一阶弯曲振形。

c) 右上角的数值表示，车身一阶扭转模态频率为35.34 Hz，车身一阶弯曲模态频率为50.78 Hz，该款车型的模态数据符合SUV的正常情况。

对于不同的车型，一阶弯曲与一阶扭转的模态频率有不同的范围区间，下表给出几组车型白车身的一阶弯曲与一阶扭转的模态频率数据：

如果弯扭模态频率不达标，应该如何提升呢？

提升模态频率的原则就是在增加白车身弯扭刚度的同时，尽量减少白车身质量的增加。常见的几种方法如下：

1) 观察应变能密度云图，识别出应变能密度高的部位设法加强。加料厚是最笨的办法，应该优先考虑增加搭接长度、加结构胶、增加焊点或者钣金件上起加强筋。

2) 改善前后风挡四角附近的搭接，对于提升扭转模态频率极为有利。

3) 加大纵梁和门槛量的截面或者料厚，能明显提升弯曲模态频率。

4) 采用支撑件，将门槛梁与纵梁连接在一起，对于提升弯扭模态频率都非常有效。支撑件布置在门槛梁前后末端，扭转模态频率的提升更明显；布置在门槛梁中间位置，弯曲模态频率的提升更明显。合理布置支撑件，还有助于提升整车的侧面碰撞性能。

5) 以各钣金件的料厚为设计变量进行灵敏度分析，将高灵敏度部件加厚，低灵敏度部件减薄。

本文完。

来源：CAEer

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首次发布时间：2023-06-28