某車型阻尼墊裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

張晗

摘要：為了減少振動(dòng)、噪聲，提升汽車的NVH品質(zhì)，阻尼墊裝置被越來(lái)越多地應(yīng)用在車身上。本案利用Optistruct軟件，在某車型白車身網(wǎng)格模型中對(duì)20-800Hz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行等效輻射功率（ERP）模擬分析。根據(jù)分析結(jié)果提出優(yōu)化方案，更合理地設(shè)計(jì)阻尼墊的尺寸和分布位置，達(dá)到降低成本和重量的效果。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)；噪聲；Optistruct；模擬分析；NVH

1前言

車身阻尼墊的材料一般是瀝青或者樹脂和橡膠，布置在車身立面上的阻尼墊還要加入磁粉。阻尼墊能夠減輕車身鈑金的振動(dòng)，提高其剛度，降低噪聲。但是如何合理布置阻尼墊對(duì)國(guó)內(nèi)很多主機(jī)廠來(lái)說(shuō)沒(méi)有統(tǒng)一的原則，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往會(huì)造成浪費(fèi)。仿真分析能夠精確地檢測(cè)出需要布置阻尼墊的位置及面積，避免盲目設(shè)計(jì)。本文使用Optistruct軟件對(duì)某車型白車身網(wǎng)格模型進(jìn)行等效輻射功率（ERP）模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果提出阻尼墊的優(yōu)化布置方案，達(dá)到降低成本和重量的效果。

2 Optistruct分析流程

Optistruct是一款有限元結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化軟件，內(nèi)含有限元求解器，常被用于概念設(shè)計(jì)和細(xì)化設(shè)計(jì)，其與Hypermesh的圖形接口比較完善，便于快速建模、參數(shù)設(shè)置、作業(yè)提交。Optistruct軟件應(yīng)用過(guò)程一般分為以下幾個(gè)步驟：

（1）將CATIA中初步方案的模型信息導(dǎo)出來(lái)建立FE或SEA子系統(tǒng)模型。

（2）使用Hybermesh軟件劃分單元網(wǎng)格，生成有限元模型，創(chuàng)建和應(yīng)用材料屬性及參數(shù)。首先創(chuàng)建各種材料及各材料的物理屬性，再將其應(yīng)用于相應(yīng)的子系統(tǒng)中。然后定義邊界條件和初始條件。除此之外，還需確定一些其他的控制參數(shù)，如內(nèi)損耗因子、耦合損耗因子等，這些參數(shù)的值允許手動(dòng)設(shè)置，也可以直接通過(guò)外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

（3）創(chuàng)建各子系統(tǒng)后，使用Optistruct軟件求解計(jì)算，查看分析結(jié)果。

（4）根據(jù)分析結(jié)果判斷模型是否可用，若模型不可用，修改模型，再?gòu)腃ATIA中導(dǎo)入，重新計(jì)算。

（5）若模型可用，則檢測(cè)模擬結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。若不符合設(shè)計(jì)要求，則修改結(jié)構(gòu)方案，重新計(jì)算。若符合設(shè)計(jì)要求，則輸出最終方案。

3 模擬分析

3.1 模型設(shè)定

利用Optistruct軟件建立白車身和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的阻尼墊數(shù)據(jù)網(wǎng)格模型圖，并輸入車身各個(gè)鈑金件的材料和厚度信息，設(shè)定阻尼墊的參數(shù)：楊氏模量800MPa 泊松比：0.40 密度：1500kg/m? 阻尼：0.16 厚度：3mm。并設(shè)定各個(gè)模塊鈑金件之間的焊接方式。在模型四周進(jìn)行約束，模擬車身的振動(dòng)狀態(tài)。將經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的阻尼墊貼在相應(yīng)的鈑金上，考察前圍板、前中地板、后地板、備胎槽和后輪包處的功率云圖。白車身網(wǎng)格模型和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)阻尼墊裝置網(wǎng)格模型設(shè)定如圖1和圖2所示。

3.2 分析結(jié)果

功率云圖分析結(jié)果

功率云圖分析的結(jié)果如下圖所示，紅色區(qū)域代表鈑金振動(dòng)速度較高的區(qū)域，藍(lán)色區(qū)域代表振動(dòng)較低區(qū)域。

根據(jù)仿真分析的云圖可以看出，該車型地板總成中前圍板、后地板紅色區(qū)域較少，表示振動(dòng)速度較高區(qū)域較少。前中地板、備胎槽、后輪包處的紅色區(qū)域較多，表示振動(dòng)速度較高區(qū)域較多。因此，在方案優(yōu)化時(shí)，重點(diǎn)考慮變紅區(qū)域，即振動(dòng)速度較高區(qū)域。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

從以上分析結(jié)果可以看出，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的阻尼墊不能解決前中地板、備胎槽、后輪包等區(qū)域的振動(dòng)問(wèn)題，優(yōu)化方案可根據(jù)鈑金振動(dòng)的具體位置，合理布置阻尼材料，減小車身地板振動(dòng)速度，降低噪聲的傳遞。前中地板、備胎槽、后輪包等區(qū)域的阻尼墊布置如下圖所示：

4.2 方案對(duì)比

通過(guò)Optistruct再次分析前中地板、備胎槽、后輪包處阻尼墊的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，步驟與第一次分析相同。通過(guò)分析，得出這些區(qū)域的功率云圖，并與原始狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。

4.3對(duì)比分析

三處優(yōu)化方案分析結(jié)果如圖9所示。與原始狀態(tài)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，地板紅色區(qū)域顯著減少。通過(guò)稱量，原方案重8.07kg，優(yōu)化后的方案重7.03kg，這表明，通過(guò)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理地布局阻尼墊的位置和尺寸，鈑金件的振動(dòng)速度明顯降低，且重量減輕，已達(dá)到優(yōu)化效果。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析過(guò)程可以看出，合理布局阻尼墊的分布位置和尺寸，不僅能夠使振動(dòng)減輕，還能夠減重，為汽車的輕量化帶來(lái)益處。

在設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)首先使用Optistruct軟件對(duì)車身進(jìn)行功率云圖分析，以分析結(jié)果作為阻尼墊設(shè)計(jì)的輸入文件，可以避免材料的浪費(fèi)，同時(shí)縮短研發(fā)周期，對(duì)整車研發(fā)縮減成本起到一定的作用。隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，此種開發(fā)模式也會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用在阻尼墊設(shè)計(jì)之外的各種領(lǐng)域。

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