基于模态参数的白车身有限元模型修正

发布时间：2020-07-12 07:40

【摘要】：目前,CAE技术广泛应用于整车设计开发的各个阶段,大大提高了汽车的设计开发效率,使汽车产品设计产生了革命性的变化。由于受到建模过程中结构的合理简化、结构连接关系的模拟以及大量非线性部件难以确定的材料参数等误差的影响,往往会导致有限元模型计算结果与试验模型存在偏差。有限元模型的准确性会直接影响后期的结构优化设计过程,因而建立高质量的有限元模型具有重要意义。本文以某款轻型紧凑型轿车白车身为研究对象,首先对实际的白车身结构进行试验模态分析,利用测试设备获得真实的白车身模态频率和模态振型。然后对逆向得到的白车身数模通过规范的流程建立白车身有限元模型,并进一步分析其计算模态的频率和振型。最后通过频率误差比较和模态置信准则分别对试验模态和计算模态的模态频率和振型做了对比,验证了有限元模型的精度并不能满足工程要求,可能是由于白车身模型存在的大量非线性部件的材料参数不准确导致。为了建立高质量的白车身有限元模型,首先选择中心复合设计的试验设计方法和二次多项式的基函数形式,通过方差分析分别筛选出对各阶模态频率显著性较大的参数,从而利用响应面方法建立这些非线性部件的材料参数与各阶模态频率的响应面模型,并验证了各阶模态频率的响应面模型的拟合精度。然后基于试验数据,以仿真模态频率值与试验模态频率值残差的平方和最小为目标,且保证各阶模态频率值在工程可接受的5%的误差范围内,从而将模型修正的问题转化为有约束条件的非线性规划的优化求解问题。最后分别采用序列二次规划算法和基于仿生学的多岛遗传算法优化求解非线性部件的材料参数,并分别以模态频率和模态振型为对象验证修正后的有限元模型的有效性,同时比较了两种优化算法在该模型修正问题上的优化效果。优化结果表明,修正后的有限元模型精度明显提高,最终建立的高质量的白车身有限元模型可以用于后期的优化设计。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.82
【图文】：

空气弹簧,车身

２．２．１试验准备逡逑由于白车身质量和体积较大，模态试验采用空气弹簧支承方式，其中要求空逡逑气弹簧的共振频率小于３Ｈｚ，尽可能减少试验时结构干涉对试验的影响。如图２．１逡逑所示，保持车身稳定，使白车身接近于自由状态。逡逑一二—二“一逡逑图２．１空气弹簧支承逡逑９逡逑

白车身,模态试验,框架图,结果分析

基于模态参数的白车身有限元模型修正逡逑激励点选择车身刚度较大的地方，不能选在结构模态节点上。激振点的位置逡逑选在前后悬置处，图２．２给出了前后悬激励点位置。逡逑ａ）白车身前悬激励点逦ｂ）白车身后悬激励点逡逑图２．２白车身前后悬激励点逡逑白车身上共布置了邋１８２个测点，布置在白车身大板件，前后风挡玻璃以及白逡逑车身基本框架上，模拟车身的实际情况和尺寸，保证在反映车身基本轮廓的前提逡逑下，布置的测点数量尽可能少且能均匀分布以便于建模。根据测点位置，建立几逡逑何图。白车身模态分析的测点布置框架图如图２．３所示。逡逑ｍｍｍｍ逡逑图２．３白车身模态试验测点布置框架图逡逑２．２．２试验过程与结果分析逡逑在测量设置中设定频率分辨率为０．１２５Ｈｚ，分析频率为０－１２８ＨＺ，激励的频率逡逑范围为０－１２８ＨＺ，选用正弦扫频信号进行激励。在频响分析模块参数设置中，Ｂｌｏｃｋ逡逑Ｓｉｚｅ为１０２４点采样段，Ａ／Ｃ耦合，３０次平均，重叠率为０％，并对每个通道进行逡逑编号和方向设置，为所有通道加矩形窗，设定触发随机并８０％的触发长度。逡逑进行模态试验的试验设备主要有激振器、ＬＭＳ测试系统、测试电脑和三向加逡逑１０逡逑

白车身,激励点

【参考文献】