論述動剛度與靈敏度分析的理論基礎(chǔ)，計算白車身的發(fā)動機(jī)懸置安裝點動剛度，以右懸置安裝區(qū)域的零件板厚為設(shè)計變量，建立發(fā)動機(jī)右懸置安裝點動剛度的靈敏度分析模型，通過OptiStruct優(yōu)化零件板厚使動剛度計算結(jié)果達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)值。
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，消費者對轎車舒適性的要求越來越高，轎車的NVH性能在消費者中越來越受重視。白車身關(guān)鍵點動剛度對車身的振動和疲勞破壞有重要的影響，如果該處動剛度不足會導(dǎo)致轎車發(fā)動機(jī)在一定頻率范圍內(nèi)加速產(chǎn)生明顯的轟鳴音，嚴(yán)重影響消費者的舒適性體驗。振動源頭通過車身傳遞傳給乘客，所以通過優(yōu)化設(shè)計傳遞路徑中的車身結(jié)構(gòu)是提高NVH性能的重要方法。本文對某車型白車身懸置安裝點動剛度進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)懸置安裝點動剛度不滿足目標(biāo)要求?；陟`敏度分析找出影響發(fā)動機(jī)懸置安裝點動剛度的薄弱區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，使最終安裝點處的動剛度達(dá)到目標(biāo)要求。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)達(dá)成與優(yōu)化過程中有許多設(shè)計參數(shù)可供調(diào)整，通過靈敏度分析可以快速的識別各個設(shè)計參數(shù)對設(shè)計目標(biāo)的影響大小，從而避免結(jié)構(gòu)修改中的盲目性，提高設(shè)計效率。靈敏度分析對于結(jié)構(gòu)的設(shè)計有重要的作用，基于靈敏度分析可以實現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，靈敏度是一個廣泛的概念，從數(shù)學(xué)意義上講，若函數(shù)F(X)可導(dǎo)，則一階靈敏度為： 動剛度的理論計算可用彈簧一阻尼模型進(jìn)行闡述，其動力學(xué)計算公式如下所示： 式中：m為系統(tǒng)質(zhì)量；c為阻尼；k為靜剛度；x為系統(tǒng)位移；F為激勵力；w為激振頻率；Kd為系統(tǒng)的動剛度。 以上為動剛度的理論計算方法， CAE仿真 軟件中輸出加速度隨頻率的響應(yīng)曲線IPI，然后對公式進(jìn)行如下轉(zhuǎn)換，動剛度的計算參照公式。 本文結(jié)合靈敏度分析的理論與動剛度的計算方法，通過 仿真 軟件建立結(jié)構(gòu)動剛度的靈敏度分析模型，找出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 如圖1所示為白車身的有限元網(wǎng)格模型，右懸置安裝點如圖2所示，設(shè)計要求右懸置安裝點動剛度X向15000N/mm，Y向5000N/mm，Z向15000N/mm。仿真計算時白車身邊界條件為無約束自由狀態(tài)，分別施加X、Y、Z三個方向的激勵，右懸置安裝點加速度隨頻率響應(yīng)如圖3所示，根據(jù)公式(6)計算動剛度值，計算結(jié)果如表1所示，其在Y、Z向的動剛度沒有達(dá)到目標(biāo)要求，尤其Z向離目標(biāo)差距很大。圖3 右懸置安裝點加速度隨頻率響應(yīng)曲線表1 右懸置安裝點動剛度(N/mm)計算結(jié)果由于右懸置安裝點Z向離目標(biāo)要求差距較大，針對Z向動剛度進(jìn)行靈敏度分析，選取右懸置安裝范圍的25個零件板厚作為設(shè)計變量如圖4所示，考慮通過增加最少的質(zhì)量成本來達(dá)成動剛度的目標(biāo)要求，以右懸置安裝點Z向動剛度為約束條件，以白車身的質(zhì)量最小化作為目標(biāo)，優(yōu)化仿真的操作流程如圖5所示，根據(jù)公式將對動剛度的約束轉(zhuǎn)換為對加速度響應(yīng)的約束，如圖6所示。OptiStruct優(yōu)化計算結(jié)果如圖7所示，各個零件板厚對動剛度和質(zhì)量的靈敏度如圖8、9所示，根據(jù)靈敏度計算結(jié)果，加強(qiáng)或增厚相對動剛度靈敏度高，即質(zhì)量小且對動剛度敏感的板件，減薄相對動剛度靈敏度低，即質(zhì)量大且對動剛度不敏感的板件，從而得出最佳優(yōu)化方案。圖6 建立動剛度相關(guān)的加速度響應(yīng)與約束示意圖結(jié)合仿真優(yōu)化的計算結(jié)果同時考慮到汽車行業(yè)常用的板材規(guī)格與沖壓工藝要求，將優(yōu)化后的板厚結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，如下表2所示。表3 右懸置安裝點動剛度(N/mm)優(yōu)化計算結(jié)果圖10 優(yōu)化后安裝點加速度隨頻率響應(yīng)曲線通過優(yōu)化仿真調(diào)整板厚后的右懸置安裝點動剛度計算結(jié)果如表3所示，三個方向X、Y、Z三個方向的動剛度均滿足要求，在白車身增重3.0%的情況下，動剛度提升了接近50%，實現(xiàn)了NVH性能提升的目的。針對白車身右懸置安裝點動剛度的目標(biāo)要求，以安裝區(qū)域的零部件板厚為設(shè)計變量，建立懸置安裝點動剛度的靈敏度分析模型，計算出各個零部件對動剛度的靈敏度，根據(jù)靈敏度優(yōu)化零件板厚，最終使得右懸置在X、Y、Z三個方向的動剛度均滿足要求。該方法對白車身其余安裝點動剛度的優(yōu)化提升具有指導(dǎo)意義。 
