什麼是Trimmed Body模態分析?

2021-01-10 職場乾坤

大家好,我是團長。

車輛NVH分析的工況地圖中,有很多分支(如下圖),今天我想來說說Trimmed Body(關於其他的分支,也有細文講述,請諸君自行檢閱歷史文章)。

模態分析中模態頻率和模態振型直接反應車身的動態性能,一階重要模態的識別影響整車模態分布表的規劃。

但有些模型很難通過肉眼直接判斷一階重要模態,通過模態識別方法可以準確的判斷出白車身、TRIMMEDBODY以及整車級的典型模態,並結合模態振型和經驗來最終確定出重要模態。

1、什麼是Trimmed Body?

Trimmed Body簡稱TB,是指整車從軟連接處(彈簧、襯套)斷開,去除動力總成和底盤系統後剩下的部分,包括白車身、四門兩蓋、座椅系統、內飾系統、轉向系統、副車架和電子電器系統等,能夠更精確的反映整車狀態下的車身狀況。

2、為什麼要對Trimmed Body進行模態分析?

白車身模態性能是研究純粹白車身結構NVH性能非常基礎的方式,而Trimmed Body的模態性能則直接反映了整車的動態性能,特別是前幾階模態頻率的高低直接影響著整車的NVH性能。(可能有小夥伴會比較疑惑,白車身模態和Trimmed Body模態都分析,是不是重複了?其實不然,白車身模態其實只算是局部模態,加上裝飾後所得的模態則更接近實車,綜合對比兩者,能更精確的找到問題的來源,方便精準研發)。當Trimmed Body的彎曲、扭轉頻率接近發動機怠速工況的激振頻率時,會引起汽車共振,在汽車研發過程中需要避免類似情況發生。通過對汽車Trimmed Body模態性能進行分析,不僅可以了解汽車結構在路面上的共振頻率,還可以用於研究各種工況下的聲振傳遞函數及舒適性。

3、為什麼要進行模態識別?

在汽車NVH目標分解和設定階段,通過建立Trimmed Body有限元模型並進行模態分析,可以得到其1階彎曲、扭轉模態的頻率值。但是Trimmed Body的一階彎曲和扭轉模態振型在眾多模態振型中難以準確識別,耦合現象比較嚴重。因此,在NVH目標分解和設定階段準確而快捷的識別這兩個典型模態,是需要解決的問題。

4、模態識別之方法一:VTF分析(傳遞函數法)

VTF(Vibration Transfer Function)即振動傳遞函數,是指在零初始條件下,系統輸出量的拉氏變換與引起該輸出的輸入量拉氏變換之比。傳遞函數由系統的本質特性決定,與輸入量無關。

傳遞函數的數學表達式為:

換算後,得到:

公式中Ha(ω) 是加速度傳遞函數,ω 是激振力頻率,ζ(Zeta)是阻尼比,為頻率比。

由第二個公式可知,在單位載荷激勵下,系統所產生的加速度響應是Ha(ω)。當ω→1時,Ha(ω)→ ∞ 。

即當激勵頻率接近系統的固有頻率時,傳遞函數值將迅速增大,從而判斷各階共振頻率。

5、模態識別之方法二:四點法

四點法是一種可以減少其它局部模態組合的影響從而準確提取車身的低階模態的方法,尤其是整車的一階彎曲和一階扭轉模態。

具體是在車身的前後保險槓對稱位置選取4個點,並在這些點的位置加載單位載荷,並計算這4個點的響應,從而判斷一階彎曲和扭轉模態。

模態識別加載點示意圖

載荷和方向設置表(正負可自由選擇,保證對角同向)

輸出計算加載點輸出的加速度響應並輸出實部虛部響應曲線,實部通過0,虛部達到最大,通過評估響應曲線的峰值來找出對應的典型模態。

後處理(HyperGraph)簡單示意圖

下面以某個車身使用四點法輸出的彎曲模態識別曲線舉例,峰值1滿足四個點相應點加速度響應曲線的實部同時為0,虛部達到峰值的頻率。根據找到的這個頻率再去模態計算結果中找到滿足這個條件的頻率值,由此來確定彎曲模態的值。

彎曲模態響應曲線

以上就是個人總結的對Trimmed Body進行彎曲和扭轉模態識別的步驟,關於更詳細的介紹,可以去參考藍楓老師的模態識別課程。

本文完。

課程簡介:

NVH( Noise、Vibration、Harshness )是衡量汽車製造質量的一個綜合性問題,它給汽車用戶的感受是最直接的。有統計資料顯示,整車約有1/3的故障問題是和汽車的NVH問題有關係,而各大汽車企業有近20%的研發費用花費在解決汽車的NVH問題上。在汽車NVH開發過程中,仿真是其中非常重要的一部分,可以在前期進行性能分析和改善,在後期可提供方向指導和建議參考。掌握NVH仿真分析的方法及整車優化方法尤為重要!

整車NVH優化方法及系列課程內容包括以下:

第一節、整車NVH優化方法簡介

第二節、整車節點貢獻量優化分析方法

第三節、整車模態貢獻量優化分析方法

第四節、整車面板貢獻量優化分析方法

第五節、整車ODS優化分析方法

第六節、基於Nastran的整車NVH貢獻量優化分析方法

第七節、整車TPA分析設置流程及細節

第八節、整車TPA分析後處理細節及實際應用

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