客車車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)CAE關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在江蘇省十五科技攻關(guān)項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持下，本文以依維柯A40新客車開發(fā)為結(jié)合對象，系統(tǒng)地研究了整車車身結(jié)構(gòu)有限元建模、基于模態(tài)試驗(yàn)的動(dòng)力學(xué)模型修正、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)分析及優(yōu)化、車身結(jié)構(gòu)與車內(nèi)聲場的聲固耦合分析、車身蒙皮結(jié)構(gòu)的表面阻尼處理有限元建模及聲輻射預(yù)測等客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)CAE關(guān)鍵技術(shù)，論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括： 1.基于對車身結(jié)構(gòu)點(diǎn)焊、縫焊、鉚接等聯(lián)接方式的研究，建立了一個(gè)能夠準(zhǔn)確模擬車身結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)

2、性能、計(jì)算規(guī)?？刂圃谟?jì)算機(jī)可接受范圍、并兼顧建模效率的以殼單元為主的依維柯A40新客車白車身詳細(xì)有限元模型，該模型包含有10萬多單元、60多萬自由度和885組實(shí)常數(shù)。通過對車身典型點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)和零部件的模態(tài)試驗(yàn)，修正模型結(jié)合面特性參數(shù)，提高了整車建模的準(zhǔn)確性。 2.設(shè)計(jì)并成功進(jìn)行了依維柯A40新客車白車身模態(tài)試驗(yàn)，獲得了其動(dòng)力學(xué)特性。基于線性廣義特征值問題的矩陣攝動(dòng)重分析，指出了對結(jié)構(gòu)攝動(dòng)修改的最靈敏位置。以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)修正了白車

3、身有限元模型，修正后模型前3階固有頻率的理論計(jì)算與試驗(yàn)值之間誤差平均值小于3％，振型精確相符，保證了所建有限元模型與車身實(shí)際結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性相符。 3.由試驗(yàn)研究和有限元分析結(jié)果，指出了車身初始設(shè)計(jì)時(shí)存在的問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的白車身模態(tài)試驗(yàn)，結(jié)果表明白車身前幾階固有頻率均得到明顯地提高，即改善了其動(dòng)力學(xué)性能。 4.在白車身模型上附加乘員、座椅、行李、油箱、空調(diào)、玻璃、發(fā)動(dòng)機(jī)等載荷后，模擬仿真了客

4、車在靜態(tài)彎曲及彎扭組合工況下的響應(yīng)，獲得了相應(yīng)的應(yīng)力和變形；完成了客車在通過正弦波形路面時(shí)的車身時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)模擬分析，獲得了車身上任一點(diǎn)任一時(shí)刻應(yīng)力和變形的時(shí)間歷程。對車身局部應(yīng)力集中區(qū)，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試試驗(yàn)，測量結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本吻合，為進(jìn)一步改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)、克服薄弱環(huán)節(jié)提供了理論依據(jù)。 5.提出了動(dòng)、靜態(tài)靈敏度分析的子結(jié)構(gòu)法，根據(jù)靈敏度分析結(jié)果找出對目標(biāo)函數(shù)影響較大的參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，利用ANSYS的優(yōu)化功能，通過

5、APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了10萬多單元和近60多萬個(gè)自由度、885組實(shí)常數(shù)、309個(gè)設(shè)計(jì)變量的白車身動(dòng)、靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了分析效率，節(jié)約約50％的計(jì)算時(shí)間，為大型結(jié)構(gòu)動(dòng)、靜態(tài)靈敏度分析及優(yōu)化找到了一種高效并切實(shí)可行的分析方法。 6.建立了較詳細(xì)的輕型客車車內(nèi)聲空腔及車身結(jié)構(gòu)聲場耦合的有限元模型，進(jìn)行了模態(tài)和諧響應(yīng)分析，描繪出了依維柯A40新客車車內(nèi)空腔的聲學(xué)特性；掌握了其車身結(jié)構(gòu)聲場耦合情況；對車輛靜止時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)下車內(nèi)低頻噪聲

6、進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果能較好地吻合，說明所建模型是正確的，分析思路是可行的。為實(shí)現(xiàn)輕型客車車內(nèi)低頻噪聲的有效預(yù)測進(jìn)行了有益的探索。根據(jù)車內(nèi)噪聲測量及分析結(jié)果，提出了減振降噪措施，有效降低了車內(nèi)噪聲，使此車型車內(nèi)噪聲水平在國內(nèi)同檔次車型上處于領(lǐng)先水平。 7.提出了車身蒙皮結(jié)構(gòu)的表面阻尼處理減振降噪方案，采用整體劃分單元法建立了自由阻尼和約束阻尼處理薄殼和殼梁組合結(jié)構(gòu)的有限元模型，導(dǎo)出了單元的剛度和質(zhì)量矩陣，并用變形能法

7、估計(jì)出結(jié)構(gòu)敷設(shè)了阻尼層之后的模態(tài)損耗因子。 提出了表面阻尼處理板殼結(jié)構(gòu)聲輻射分析的微元算法。算例表明，用此方法分析表面阻尼處理結(jié)構(gòu)的聲輻射是可行的，為表面阻尼處理板殼結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)測問題提供了有效的解決方法。 基于聲結(jié)構(gòu)耦合理論，對輕型客車內(nèi)蒙皮局部表面阻尼處理前后的腔內(nèi)噪聲對比分析，量化表面阻尼處理的減振降噪效果，為車身蒙皮表面阻尼處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支持。 論文的研究工作，有力地支持了依維柯A40新客車車身的