基于某非承載式白車身的模態性能分析

葛鵬翼　楊泰隆　王尊

摘 要：文章所用車身為某車廠開發的一款新型商用車，車身結構為非承載式車身，相較于承載式車身而言，非承載式車身多了底盤大梁架，在遇到碰撞或者沖擊時，車架的振動通過彈性單元傳到車身，可以削減大部分沖擊力，車身的安全性得以保證，在惡劣道路上，可以保證其穩定性和舒適性，車內噪聲和振動也較小。車身主要包括了白車身、車門、座椅、中控、內外飾等主要總成。車身主體大部分都是鈑金類零部件，文章所述的車身鈑金件有624個，文章完成了車身鈑金件的網格劃分和屬性賦予，并對白車身整體進行了網格質量的驗證，并完成了車身模態從1階到6階的校核，證明了白車身模態的合理性。關鍵詞：白車身;有限元分析;網格劃分;模態分析中圖分類號：U463.8 ?文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）02-81-03

Abstract： The body used in this article is a new commercial vehicle developed by a car manufacturer. The body structure is a non-loaded body. Compared with the load-bearing body， the non-loaded body has more chassis girder. When encountering collision or impact， the car The vibration of the frame is transmitted to the vehicle body through the elastic unit， which can reduce most impact forces， ensure the safety of the body， ensure stability and comfort on the bad roads， and reduce noise and vibration inside the car. The body mainly includes main assembly such as body-in-white， door， seat， central control， interior and exterior decoration. Most of the body parts are sheet metal parts. There are 624 body sheet metal parts described in this paper. This paper has completed the mesh division and attribute assignment of the body sheet metal parts， and verified the grid quality of the body body as a whole. And completed the calibration of the body mode from 1st to 6th， which proved the rationality of the body-in-white mode.Keywords： Car body; Finite element analysis; Meshing; Modes analysisCLC NO.： U463.8? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）02-81-03

1 車身有限元模型的建立

汽車的車身曲面相較于其他機械工業產品更為復雜，所以，車身鈑金件的幾何特征的結構線數量眾大，在有限元前處理過程中，提取中面過后需要對提取的模型清理結構線，對影響節點分布的幾何特征進行刪減，以便于網格的分布，但是結構線不能清理過多，否則會使得有限元模型和幾何模型相差過大，對結構性能的分析數值產生誤差，例如一些角度大的倒角和圓角、膠槽等重要特征的結構線必須保留，故需要預先對幾何模型進行分析，合理有度地清理結構線，將誤差控制在合理的范圍內。在幾何特征很復雜的情況下，抽取中面后可能存在曲面丟失、破損的情況，需要重新補面，加大了前處理的難度。連接方式多，包括了reb2、reb3、ACM、adhesives等單元。^[1]網格的質量與有限元分析結果的精度成反比，網格質量不滿足規范要求，有限元分析結果會偏離實際數值，仿真精度難以保證。^[2]因此，網格質量的檢查是保證結果精度的前提，本文所采用的網格質量檢查標準為整車廠內部標準，劃分網格時采用的網格大小為10mm單元，并且劃分出來的網格質量必須全部滿足上述標準，以車窗的側壁中上外板為例，質量檢查結果如下圖所示：

單個零部件的網格劃分完成后，其他零部件也是該流程進行劃分，最后將劃分好的零部件賦予材料屬性和厚度屬性，白車身主要材料參數如下表所示：

檢查零部件之間的干涉和穿透問題，如果出現干涉，對干涉單元進行偏離調整，消除干涉，完成白車身零部件的有限元建模，最終節點個數1168670，單元個數1118106，如下圖所示：

2 車身模態分析

白車身的模態值是車身的重要指標，其重要程度等同于車身的長度、寬度、高度等重要性能參數，如果白車身的模態值偏小，那么意味著其剛度值也會偏小，會造成車身開裂、密封性能差、車身抖動劇烈等安全問題。^[3]模態頻率偏低，在車輛行駛的過程中很有可能產生共振，車身本體的振動像車體內部輻射，造成車體內部產生噪音，對NVH性能產生重要影響，對乘坐人的用戶體驗帶來糟糕的體驗。一個好的白車身模型，他的模態值與其綜合性能成正比，白車身模態值越高，其密封性，剛度性能越好。^[4]車身自由模態的分析，在該工況下，假設無阻尼或者阻尼極小。自由模態即沒有約束下的模態，沒有邊界條件，無約束。由于1到6階是剛體模態，從7階開始觀察，總共觀察6階，模態分析結果如下圖所示：

從第七階模態為彈性模態，首先通過類比分析以往7款對標車型的一階彈性模態，判斷新款車型的一階彈性模態是否在合理范圍，車身模態對比樣本由整車廠提供。A款車：14.69hz;B款車：14.8hz;C款車：14.64hz;D款車：15.06hz;E款車：14.64hz;F款車：15.64hz;G款車：14.58hz，根據以往相同車型的1階彈性模態可知該款車型的合理模態應在14.5hz-16hz，所以該款白車身模態值大小分布在合理范圍。通常發動機怠速情況下激振頻率為25-28.5Hz^[5]，該白車身的1階模態值為15.607Hz，低于發動機怠速的激振頻率，并且高于常見路面不平激振頻率，模態值滿足安全要求。車身的模態值的變化平緩，每階模態的數值穩步增長，并無突變。綜上所示，新款車型的模態值滿足需求。

參考文獻

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