基于動剛度分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

顧海南，李立波（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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基于動剛度分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

顧海南，李立波
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：隨著顧客對NVH要求的提高，整車上各個模塊已將NVH的參照指標(biāo)作為一個關(guān)鍵性指標(biāo)進行設(shè)計，而剛度的分析是進行產(chǎn)品設(shè)計過程中的一個重要參考點。文章論述了剛度指標(biāo)中的動、靜剛度的相關(guān)性，并以公司自產(chǎn)的載貨汽車的變速箱吊掛的開發(fā)過程為例，示范了剛度指標(biāo)在設(shè)計開發(fā)過程中運用，以實車的驗收結(jié)果證明了這一設(shè)計方向的可行性。

關(guān)鍵詞：NVH；動剛度；靜剛度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004可以得到：

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-22-02

引言

隨著國民收入的提高以及乘用車的普及，載貨汽車的定位也從僅僅作為一種盈利的工具向駕乘舒適性方面的追求轉(zhuǎn)變。即在設(shè)計過程中，懸置系統(tǒng)的從原始的僅僅考慮搭載向隔震類性能指標(biāo)追求。此時剛度、模態(tài)等分析參數(shù)在做懸置結(jié)構(gòu)方案中占據(jù)了越來越大的比重。

1、剛度的分析

1.1靜剛度分析

根據(jù)材料力學(xué)胡克定律中剛度的定義，可以得到下式：

注：F為施加的載荷，X為靜態(tài)的位移，K為靜態(tài)剛度；

1.2動剛度分析

動態(tài)載荷是大小或者方向隨著時間改變而變化的載荷。載荷動態(tài)變化也會引起相應(yīng)位移的動態(tài)變化。動剛度是通過作用力幅值的大小除以振動位移得到的是頻率、質(zhì)量、阻尼以及靜剛度的函數(shù)。

假設(shè)一單自由度的系統(tǒng)(僅由彈簧一質(zhì)量一阻尼器構(gòu)成)受到一正弦載荷F（t）的作用，F(xiàn)（t）=F0*cos（wt），系統(tǒng)的振動方程如下：

注：k，系統(tǒng)的靜態(tài)剛度；c，系統(tǒng)的阻尼；m，系統(tǒng)的質(zhì)量；ω，系統(tǒng)的激振頻率：ωn=k/m，系統(tǒng)的固有頻率，F(xiàn)0/k，系統(tǒng)靜態(tài)位移；

從以上公式可以得出以下幾點結(jié)論：

1) 當(dāng)激振頻率從零開始而慢慢增加時，慣性影響比阻尼影響增加的更快。但當(dāng)激振頻率很小時，動剛度和靜剛度相接近。

2) 當(dāng)激振頻率接近固有頻率時，慣性影響和阻尼的影響相當(dāng)，阻尼對于位移的變化十分重要尤其是當(dāng)ω=ωn時，慣性影響和剛度的影響相抵消，只有阻尼在起作用。此時，系統(tǒng)發(fā)生共振，系統(tǒng)位移最大，動剛度最小，系統(tǒng)狀態(tài)最危險。

3) 當(dāng)激振頻率超出固有頻率時，慣性影響增加更快，相應(yīng)的幅值降低。當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固有頻率時，系統(tǒng)的位移趨近于零。

根據(jù)動、靜剛度的相關(guān)特性，基于動剛度計算得來的模型固有頻率最接近于實際，而基于靜剛度的誤差較大。

2、某開發(fā)車型的實例運用

在該車型的開發(fā)過程中，懸置吊掛的連接結(jié)構(gòu)為提升Y向動剛度，通過對加強板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化經(jīng)歷了多輪優(yōu)化分析，階段性方案歷程如下：

表1　

針對方案三整車后懸置驗證情況：怠速至2500rpm升速過程中動力總成懸置振動的衰減狀況，各懸置在緩油門升速過程中懸置前和懸置后等效均值曲線平穩(wěn)上升，且升速過程中各懸置衰減效果良好：

圖1

圖2

3、結(jié)論

通過上述的過程優(yōu)化，使得變速箱吊掛單件Y向動剛度的大幅提升，實現(xiàn)單件固有頻率的變化，規(guī)避與系統(tǒng)激勵頻率產(chǎn)品共振區(qū)，實現(xiàn)NVH性能提升的目的。

參考文獻(xiàn)

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Structure improving based on the analysis of the Dynamic Stiff

Gu Hainan, Li Libo
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Abstract:With the increase of the customers requirement to NVH, each module on the vehicle has the harshness NVH reference index as a key index to carry on the design. Stiffness analysis is an important reference point in the process of product design. This paper discusses the stiffness index of the correlation of Dynamic Stiff and Static Stiff. An example is a projectof the production of truck transmission hanging development process. It demonstrates the rigidity indicators used in design and development process. The vehicle experiment results prove the feasibility of the design direction.

Keywords:NVH; DynamicStiff; Static Stiff

中圖分類號：U463.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-22-02

作者簡介：顧海南，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。