视驾不ng车身结构模态分析
作者：王子剑文章来源：江西昌河汽车股份有限公司点击数：100 更新时间：2008-8-5
对白车身结构的灵敏度的分析是进行结构动力学修改的有效方法，不仅提高了优化设计的效率，而且减少了设计变更的盲目性和设计成本。为整车的结构
设计和优化设计提供了明确的指导方向。
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有限单元法的实质是把具有无限多个自由度的弹性连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的结构型问题。因此，只要研究并确定有限大小单元的力学特性，就可以根据结构分析的方法求解，
使问题得到简化。
有限元法以离散、逼近的灵活算法，广泛地应用于车身结构动力学分析。随着电子计算机功能提高、使用普及和通用性较强的商业化软件的大量应用，有
限元法已经成为一种常用的车身结构动力学分析方法。
为了在汽车结构中避免共振，降低噪声，确保安全可靠、提高行驶平顺性，可通过有限元法计算结构振动的固有频率及其相应的振型，即模态分析。
模态分析在汽车车身设计中的应用
1.模态分析的重要性
汽车车身结构本身是一个无限多自由度的振动系统，在外界的时变激励作用下将产生振动。当外界激振频率与系统固有频率接近时，将产生共振。共振不仅使汽车乘员感到不舒服，带来噪声和部件的早期疲劳损坏，还会破坏车身表面的保护层和车身的密封性，从而削弱了汽车车身结构抗腐蚀性能。
车身作为一个多自由度的弹性系统，其固有振动频率也就相应表现为无限多的固有模态，其低阶模态振型多为整体振型，如整体扭转、弯曲振型，高阶模态振型多为一些局部共振振型，如地板振型、车顶振型和侧围外板振型等。有时，由于车身的局部刚度低，也有一些局部振型在低频范围出现，或与整车振型同时出现。合理的车身模态分布对提高整车的可靠性和NVH性能等有着十分重要的意义。
2.应用现状
汽车模态分析目前划分为几个层次：零部件模态、白车身模态、Trimmed Body 模态和整车模态（含发动机）。随着这些层次的逐步提高，分析涵盖的范围越来越大，复杂程度和困难度也越来越大，分析成本也在逐渐提高。
白车身模态分析是研究车身结构NVH性能的最简单方法之一，由于Trimmed Body模态性能可以让我们指导汽车结构在路面上引起共鸣的频率，因此它更有意义。所谓Trimmed Body模态，即带附件的白车身，它是在白车身上安装了门、转向管柱、座椅、油箱和内饰件等零部件后，形成的车身体。由于安装在白车身上的附件质量增加很多，但对车身结构的刚度和强度的贡献较小，因此，Trimmed Body模态几乎总是略低于白车身模态。一般情况下，Trimmed Body模
态相对白车身模态下降5～10Hz，然而具体下降幅度跟具体的车型和模态形式有关，表1所示为庞蒂克Aztec的模态性能对比。
子系统共振模态，例如Trimmed Body、悬架和行驶系等，应该在各自的频率区域没有共振。如果我们能将模态交互的风险降到最小，则子系统之间不会互相激励。实际上，我们很难达到这个目标，很多汽车的子系统之间有频率重叠。图1所示为汽车各部分的典型模态数值范围。
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从图1中可以看出，通过提高白车身模态，我们可以提高Trimmed Body的最低模态，使它高于悬架系统的最高频率。而其他激励如发动机怠速和转向管柱振动都有较高的固有频率。因此，如何确保Trim
med Body的频率同这些频率隔离也非常重要。实施Trimmed Body模态分析可以预测和防止频率重叠。
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图1 汽车各部分的典型模态数值范围
创建Trimmed Body模型需要大量信息，除了白车身以外，我们还需要以下零部件的大量精确的质量信息：内饰板和地毯；转向管柱相关组件；仪表板（含收放机等附件）；座椅质量和重心。
为了精确分析，我们还必须知道零部件的固有频率。有了这些信息，我们可以调整Trimmed Body模态，保证不与具体零部件发生共振。
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一般我们在开发经济型车时，从节约开发成本的角度出发，模态分析仅仅针
对白车身结构。
3.模态分析评价指标的确定方法
通过选择一些典型车型的模态性能分析数据，并进行纵向对比和横向对比，统计出模态性能主要指标箱形振动、一阶扭转模态、一阶弯曲模态、弯曲刚度和扭转刚度的常见范围，最后根据白车身主要激励源分析和同类车型横向对比数值确定了模态性能预定指标。整个分析过程表明，指标的确定是合理的和应当达到的，也只有这样才能保证整车的NVH性能。这些指标将作为今后车身结构CAE分析的指导性目标。
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白车身是小型货车的关键总成，它是容纳驾驶员、乘客和货物的场所，车身应对驾驶员提供舒适的工作环境，为乘客提供舒适的乘坐条件。消除驾驶员和乘客在汽车行驶中受到振动、噪声等的带来的危害，并保证完好无损地运载货物。车身的结构既决定整车的外形，又决定结构动力学特性。以下以CH1020型