基于模态的白车身结构优化研究

论文摘要

作为实现汽车使用功能的重要结构,轿车车身的品质是关系到用户满意度的重要因素。而白车身的振动模态特性又是车身品质的重要方面。白车身模态预示着汽车在使用过程中车身的振动特性,低阶模态还反映车身结构的刚度特性。获取白车身结构模态参数是进行轿车车身优化设计的前提。课题以白车身结构模态分析为核心,研究包含以下六个方面：(1)总结白车身计算模态分析基本方法。结合前人经验,对白车身有限元建模指导原则加以归纳,包括几何简化合理性、网格划分质量控制和连接方式等效性三个方面。(2)在CATIA V5环境中建立白车身CAD模型；在Hypermesh 8.0中建立有限元仿真模型。在Nastran 2005中计算得到模态参数。(3)以多自由度系统复模态分析为基础,结合系统辨识理论,对白车身实验模态分析原理进行阐述,对具体车型模态试验方案加以描述；运用LMS测试系统进行模态试验。(4)结合实验模态分析理论,在获取的频响函数基础上,对白车身模态参数用最小二乘复频域法(LSCF)辅以最小二乘复指数法(LSCE)进行估计。用频响函数综合(FRFSynthesis)、模态置信准则(MAC)和模态参预(MP)三个指标进行模态验证,并对结果进行分析。(5)通过实验模态和计算模态结果的对比,得到白车身的模态参数,包括固有频率和模态振型。(6)结合薄板声辐射理论,以顶棚声振特性优化为手段,对车身薄板结构振动描述及优化方法进行了探讨；并以此为切入点对具体车型车内噪声进行优化研究。通过对上述六个方面的探讨,从白车身建模到车身结构优化,形成一个较完整的研究思路；课题着重从结构改进方面挖掘汽车减振降噪潜力,对当前国内在车身结构动态性能优化方面的工作具有一定参考意义。课题具有以下创新性：(1)归纳出白车身有限元仿真精度的核心影响因素,即几何简化的合理性、网格质量和连接方式的等效性三个方面,以此作为白车身有限元建模的指导原则。(2)有别于前人以车身顶棚固有频率为优化变量,本课题以振型优化为手段,提出车身薄板声振特性的统计描述方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 轿车车身结构
• 1.2.2 汽车NVH研究
• 1.2.3 模态分析技术
• 1.3 选题依据及研究内容
• 第二章 模态分析基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 多自由度系统模态分析理论
• 2.2.1 多自由度系统微分方程的建立
• 2.2.2 固有频率阻尼因子
• 2.2.3 模态向量
• 2.2.4 模态参预因子和系统频响函数
• 2.3 本章小结
• 第三章 白车身计算模态分析
• 3.1 引言
• 3.2 白车身CAE模型建模指导原则
• 3.2.1 几何简化合理性
• 3.2.2 网格质量控制
• 3.2.3 连接方式等效性
• 3.3 仿真模型的建立
• 3.4 白车身模态计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 白车身实验模态分析
• 4.1 引言
• 4.2. 模态试验原理
• 4.3 白车身模态试验
• 4.3.1 试验方案
• 4.3.2 模态参数估计
• 4.4 模态验证
• 4.4.1 频响函数综合
• 4.4.2 模态置信准则
• 4.4.3 模态参预
• 4.5 计算模态分析结果和实验模态分析结果对比
• 4.6 本章小结
• 第五章 白车身结构优化研究
• 5.1 引言
• 5.2 研究背景
• 5.3 优化思路及依据
• 5.4 顶棚结构振动特性数学描述
• 5.5 优化方案的选择及对比分析
• 5.5.1 加强筋布局对顶棚振动特性的影响
• 5.5.2 加强筋截面形式对顶棚振动特性的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研参与情况