基于模态超单元的整车NVH计算方法技术

本发明专利技术公开了基于模态超单元的整车NVH计算方法，包括构建整车模型并划分TB模型和底盘模型，将其分别缩聚为超单元，并将各模态超单元连接；收集获得边界条件、连接点自由度约束、模态频率范围和整车声学计算工况，并与底盘与TB等模态超单元进行关联匹配；采用模态超单元缩减算法并结合边界条件、自由度约束、模态频率范围和整车声学计算工况，求得整车计算结果和振动曲线；将整车计算结果与振动曲线与常规结果进行比对分析；根据整车计算结果和振动曲线，提取整车噪声和振动曲线相对应的峰值和频率；采用上述方案，本发明专利技术具有计算分析效率高、占用空间小、结果精度高、逻辑简单可靠等优点，在整车NVH技术领域具有很高的实用价值和推广价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
基于模态超单元的整车NVH计算方法


[0001]本专利技术涉及整车NVH
，具体为基于模态超单元的整车NVH计算方法。

技术介绍

[0002]NVH(Noise、Vibration、Harshness)是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接的。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和汽车的NVH问题有关系，而各大汽车企业有近20％的研发费用花费在解决汽车的NVH问题上。
[0003]对于整车级NVH分析，整车节点及单元往往数百万个，在计算相对紧缺和项目节点较短的前提下，如何快速高效的进行整车NVH分析。在有限的时间里提出更多的方案，采用超单元方法有时显得尤为重要。
[0004]目前，现有技术中的整车NVH分析存在以下问题：
[0005]现有技术为解决整车NVH仿真主要是通过常规的分析模型或频率响应函数超单元方法进行分析，而频率响应函数超单元主要是基于接附点的频响函数来计算整车NVH的方法，其超单元计算模型创建时间相对较长，特别是对于接附点比较多时，传递函数会很大，即其结果文件会很大。且由于采用频率响应函数方法，其包含的是接附近点和界面之间的传递函数完整矩阵，一般仅支持直接法求解，且由于整车NVH模型往往包括数百万个单元，计算时间较长，有时一个计算需要一天的计算时间，在有限的时间只能做有限的方案计算和优化，较难以满足项目节点和性能开发要求，而且还会耗费大量的人力和物力等资源。
[0006]因此，为解决整车NVH仿真效率及缩短计算时间等问题，急需要提出一种计算高效、时间耗费少、逻辑可靠、结果精度高的基于模态超单元的整车NVH计算方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供基于模态超单元的整车NVH计算方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]基于模态超单元的整车NVH计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]构建整车模型并将整车模型划分为TB模型和底盘模型，将TB模型和底盘模型分别缩聚为超单元，并将各个模态超单元连接；
[0011]收集获得边界条件、连接点自由度约束、模态频率范围和整车声学计算工况，并与底盘与TB等模态超单元进行关联匹配；
[0012]采用模态超单元缩减算法并结合边界条件、自由度约束、模态频率范围和整车声学计算工况，求得整车计算结果和振动曲线；
[0013]将整车计算结果与振动曲线与常规结果进行比对分析，得出模态超单元计算结果精度满足整车计算要求；
[0014]根据整车计算结果和振动曲线，提取整车噪声和振动曲线相对应的峰值和频率。
[0015]优选地，所述边界条件包括结构连接点和声学响应点。
[0016]优选地，所述模态综合超单元法通过静力学超单元推算出，其是基于精确的动力缩聚变换矩阵，得到高精度的系统动力学方程和超单元结果。
[0017]一般系统静力学方程，其表达式为：
[0018][K]{U}＝{F}
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]其中，K表示为超单元质量矩阵，F表示超单元所受外部载荷向量，U表示位移向量。
[0020]将所述公式(1)分解为2个自由度的集合，即边界自由度和内部自由度，则其表达式为：
[0021][0022]其中，下标M、S分别对应主自由度节点和从节点自由度。
[0023]在模型计算中，一般选择与需要连接处的节点作为主自由度节点，其余整体作为从自由度节点，将公式(2)分解，可得：
[0024]K
UM
U
M
+
KM
SU
S
＝F
M
ꢀꢀꢀ
(3)
[0025]K
SM
U
M
+K
SS
U
S
＝F
S
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0026]由式(4)可得：
[0027][0028]将式(5)代入式(2)可得：
[0029][0030]其中，为超单元的刚度矩阵；为超单元的载荷矩阵。
[0031]式(1)—式(6)即静力学中对超单元的处理过程，从中可以看出，子模型的主自由度变成了与需要连接处的节点自由度；而子模型的从自由度则变成了无节点或者额外的自由度，故在设计计算中可以被删除，既不参与计算。
[0032]在静力学超单元基础上，在不考虑系统阻尼，构建模态超单元模型的超单元动力学方程，其表达式为：
[0033][0034]其中，M、K分别表示为超单元质量矩阵和刚度矩阵，F表示超单元所受外部载荷向量，表示加速度向量，U表示位移向量。根据分析目的沿交界面将原系统分割成若干子系统，即为超单元。此时，超单元自由度集合由交界面上边界节点自由度集合和超单元内部节点自由度集合组成，从而超单元的质量矩阵M
ff
和刚度矩阵K
ff
可表示为：
[0035][0036]对所述公式(1)进行内、外自由度展开，其表达式为：
[0037][0038]其中，F
m
和F
s
表示对应主自由度节点和从节点自由度的超单元界面结合力，M
mm
和K
mm
分别表示内部节点的质量矩阵和刚度矩阵；M
ms
和M
sm
分别表示耦合质量矩阵，互为对称矩阵；M
ss
和K
ss
分别表示边界节点的质量矩阵和刚度矩阵；K
ms
和K
sm
分别表示耦合刚度矩阵，互为对称矩阵；表示内部节点加速度向量，表示边界节点加速度向量；U
m
表示内部节点位移向量，U
s
表示边界节点位移向量。
[0039]部件固定界面模态计算是根据部件固定界面模态和约束模态构造部件模态矩阵，即在完全固定边界面上的位移条件下部件子结构系统的主模态。固定边界模态{φ
mm
}可由求以下方程(3)计算得到
[0040][0041]式中ω
r
、φ
mm
为为超单元边界固定条件下的特征值和特征向量。
[0042]建立超单元在模态坐标{p}下的运动方程，其表达式为：
[0043]{F}＝[M]{P}+[K]{P} (10)
[0044]其中γm表示模态坐标向量。
[0045]得到缩减后的部件模态方程后，利用部件子结构件位移协调条件及力平衡条件，进行部件模态综合，得到整个结构系统的运动方程，进而计算整个结构系统的各阶固有频率和模态，再用模态叠加法求解系统的动力学特性，同时可得到系统各项求解参数。
[0046]得到超单元缩减后的运动方程，其表达式为：
[0047][0048]其中，表示缩减后质量矩阵，表示缩减后系统加速度向量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于模态超单元的整车NVH计算方法，其特征在于，包括以下步骤：构建整车模型并将整车模型划分为TB模型和底盘模型，将TB模型和底盘模型分别缩聚为超单元，并将各个模态超单元连接；收集获得边界条件、连接点自由度约束、模态频率范围和整车声学计算工况，并与底盘与TB等模态超单元进行关联匹配；采用模态超单元缩减算法并结合边界条件、自由度约束、模态频率范围和整车声学计算工况，求得整车计算结果和振动曲线；将整车计算结果与振动曲线与常规结果进行比对分析，得出模态超单元计算结果精度满足整车计算要求；根据整车计算结果和振动曲线，提取整车噪声和振动曲线相对应的峰值和频率。2.根据权利要求1所述的基于模态超单元的整车NVH计算方法，其特征在于，所述边界条件包括结构连接点和声学响应点。3.根据权利要求1所述的基于模态超单元的整车NVH计算方法，其特征在于，所述模态综合超单元法通过静力学超单元推算出，其是基于精确的动力缩聚变换矩阵，得到高精度的系统动力学方程和超单元结果。一般系统静力学方程，其表达式为：[K]{U}＝{F}
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，K表示为超单元质量矩阵，F表示超单元所受外部载荷向量，U表示位移向量。将所述公式(1)分解为2个自由度的集合，即边界自由度和内部自由度，则其表达式为：其中，下标M、S分别对应主自由度节点和从节点自由度。在模型计算中，一般选择与需要连接处的节点作为主自由度节点，其余整体作为从自由度节点，将公式(2)分解，可得：K
UM
U
M
+K
MS
U
S
＝F
M
ꢀꢀꢀꢀ
(3)K
SM
U
M
+K
SS
U
S
＝F
S (4)由式(4)可得：将式(5)代入式(2)可得：其中，为超单元的刚度矩阵；为超单元的载荷矩阵。式(1)—式(6)即静力学中对超单元的处理过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：成传胜，陈国娟，王庚封，
申请(专利权)人：浙江新吉奥汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：