第五届中国 CAE 工程分析技术年会论文集汽车影音网
呼华斌
1，2
徐有忠
1，2
田德旺
1，2
杨晋
1，2
吴沈荣
1，2
1.奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院 CAE 部 2.安徽省汽车 NVH 与可靠性重点实验室 安徽 芜湖 241009
摘 要：本文主要介绍在 Hyperworks 以及M SC.Nastran 软件平台下汽车仪表板有限元模型的建立以 及其模态 分析方法。此方法在仪表板早期开发过程中具有指导作用，对提高仪表板自身刚度，以及改善整车 的NVH 性 能有重 要意义。 关键词 ：模态 有限元 NVH
Abstract：This paper introduces the finite element modeling and the method of modal analysis of instrument panel using software Hyperwork and MSC.Nastran. This method plays an important role in the early vehicle design stage to increase the stiffness of instrument panel and improve the vehicle NVH performance. Keywords: mode FEA NVH
1.概述 1.概述
NVH 性能是汽车整体性能的重要评价指标，多数顾客在驾驶过程中希望得到安静和平稳， 以及享用车内语音通信和音像娱乐系统。为达到以上目的，在汽车设计中不仅要使车身结构 满足一定 NVH 性能要求，同时对于汽车内饰件（特别是大板件）其模态也需满足 NVH 要求， 否则在车内会引起一定的振动和噪音。本文通过对某样车怠速工况下（四缸发动机，发动机 怠速 750 转/分）仪表显示面板局部振动，
并且发动机在 1300 转/分时，前除霜出风口处振动 明显，并且仪表板两侧有局部刚度不足的现象入手，分析其模态，论述仪表板模态分析对汽 车 NVH 性能的影响。 仪表板是汽车上最主要的内饰件，集功能性，舒适性，美观性，安全性与一体。其主要 结构由塑料壳体、电路控制开关、各种仪表、影音娱乐系统、副安全气囊、手套箱以及金属 支撑结构组成。其 NVH 性能对整车有直接的影响，如仪表面板刚度不足，不仅会引起面板局 部振动，使整车 NVH 性能下降，同时仪表板的周围都连接电子设备，长时间振动对电子设备 的性能将产生影响。
有限元模型的建立及边界条件 2 有限元模型的建立及边界条件
由于仪表板总成多为注塑成型，其几何形状复杂且厚度不一，且各面板之间多为卡扣连 接，在建立有限元模型时其几何处理和网格划分会占据大量时间。 建立有限元模型时可根据实际几何状况，网格尺寸做适当调整。网格划分后赋以相应厚 度和材料参数。同时各附件（如 DVD、副安全气囊等）以集中质量代替并均分至各安装点。 特殊位置模型处理实例： 2.1 对于仪表板前除霜出风口时，因格栅结构很难用划分网格，故可将此处抹平。如图 1 所示：
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图 1：前除霜出风口处结构简化图
2.2 风道出风口连接管可简化为壳单元：将风道网格延伸，直至与面板处节点重合，并 且省略出风口处格栅结构。如图 2 所示：
图 2 风道出风口结构简化图
2.3 仪表板和周围连接面板之间多为卡扣连接，卡扣本体结构可省略，连接关系用 RBE2 模拟。如图 3 所示：
图 3 卡扣连接模型处理
2.4 风道之间多为铆接定位，此结构连接关系用 RBE2 模拟。如图 4 所示：
图 4 铆接连接模型处理
2.5 右上杂物盒盖子和面板装饰条，对刚度无明显贡献，且质量很轻故可省略。 此仪表板完整有限元模型以及边界条件如图 5 所示：
图 5 仪表板总成有限分析模型
3.模态分析方法
模态分析是研究结构动力特性一种近似方法，是研究机械结构的固有振动特性，每个模 态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。对于此仪表板模型，可以忽略阻尼。其动力学
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方程可表示为：
x [M ]{&&}+ [K ]{x} = 0
设其解为：
{x} = {φ }e iωt
特征方程：
([K ] − ω 2 [M ]){φ } = 0
对于以上方程 MSC NASTRAN 可用兰索斯法进行求解。其模型数据卡 EIGRL 描述，情况 控制 METHOD 选取。其求解器采用 Nastran 103，同时输出位移及应变能。
4.计算结果 4.计算结果
通过读取 MSC.NASTAN 计算.op2 文件，第一阶模态 22.1HZ，第四阶模态 40.4HZ。从模 态位移云图可以判断与实际样车状况基本吻合。其位移云图如下：
图 6 第一阶模态位移云图
图 7 第四阶模态位移云图
因仪表显示面板处完全悬空，呈悬臂结构。同时此处安装仪表总成及 DVD 影音导航仪，质 量较大，所以造成此处模态较低。前除霜出风口处结构平整、面积较大，且无刚度加强结构。 此原因造成样车出现 NVH 问题的根本。如图 8 所示 改进方案 1：通过综合考虑成本以及工艺性，在仪表板与 CCB（仪表横梁）之间增加连接 支架，此支架厚度为 1.2mm。一端与 CCB 焊接，另一端通过螺钉连接于组合为仪器表安装孔， 如图 8 所示所示。 改进方案 2：针对仪表板前除霜出风口局部刚度不足，对此处增加 1.5mm 厚加强板，同时加 强板上增加加强筋结构。此加强板与原仪表板可通过微波焊进行连接。如图 8 所示
方案 2 面积较大且结构平整
悬臂状
方案 1
图 8 样车仪表板总成状态及改进方案
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改进方案 3：针对仪表板两侧局部刚度不足之现象，在 CCB 两端和仪表板两侧分别增加 连接支架，厚度均为 1.2mm，如图 9 所示。
图 9 方案 3 改进示意图
综合三种改进方案，其一阶模态值可提高到 32.7HZ，仪表板可避免与发动机二阶激励共 振。并且前除霜出风口以及表板两侧局部刚度明显增加，此方案在该车型上已经实施，路试 效果良好。
5.结束语
车身结构、底盘是影响整车 NVH 性能的主要因素，同时内饰件也会对整车 NVH 性能产生 影响，Hyperworks 以及 MSC.Nastran 功能强大，在内饰件开发过中可以此为工具，对其进 行 NVH 相关分析，从而指导产品开发，以此来促进整车 NVH 性能的提高 。 参考文献： 参考文献：
[1]于开平，同传月，潭惠丰等.HyperMesh 从入门到精通。[M]北京，科学出版社，2005. [2]HyperWork8.0 help
作者简介： 作者简介：
呼华斌，男，1983 年出生，河南省博爱县人，河南省科技学院机电技术教育专业毕业。2006 年进入奇瑞汽车 CAE 部，安徽省汽车 NVH 与可靠性重点实验室。主要工作方向为 NVH. 通讯地址：安徽省芜湖市经济开发区长春路 8 号 邮编：241009 E-mial:huhuabin@mychery 徐有忠，高级工程师，博士，CAE 部部长，机械工程，结构，碰撞安全，NVH 杨 晋，工程师，硕士，NVH 科长，机械工程，NVH 总工程师，计算力学，碰撞安全，显式程序开发 田德旺，工程师，硕士，分析师，机械工程，NVH 吴沈荣，高级技术专家，博士
本论文应属类别为： （2）汽车、 本论文应属类别为： ）汽车、交通工具 （
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