Hypermesh在動力總成懸置系統(tǒng)NVH改進(jìn)中的應(yīng)用

張興，王方，彭宜愛

Hypermesh在動力總成懸置系統(tǒng)NVH改進(jìn)中的應(yīng)用

張興，王方，彭宜愛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以一款MPV車型整車NVH中特定工況下噪聲優(yōu)化改進(jìn)為例，介紹運(yùn)用Altair公司的Hypermesh軟件對懸置支架進(jìn)行建模分析，確定懸置支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化再分析。通過改進(jìn)實(shí)物驗(yàn)證表明該軟件有利于快速改進(jìn)懸置支架零部件結(jié)構(gòu)在NVH性能中的設(shè)計(jì)缺陷，并為后續(xù)此類零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供思路。

懸置；支架；NVH；Hypermesh

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-152-03

概述

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，消費(fèi)者對于汽車舒適性的要求越來越高，整車NVH性能越來越被消費(fèi)者重視。而作為整車重要噪聲源的動力總成的隔振技術(shù)已上升為汽車研發(fā)的核心技術(shù)[1]。

動力總成懸置系統(tǒng)中懸置支架作為連接懸置與動力總成的關(guān)鍵零部件，除了要承受動力總成復(fù)雜的力和力矩，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，還需要保證懸置支架在動力總成工作過程中產(chǎn)生共振，進(jìn)而影響整車噪聲。因此，懸置支架設(shè)計(jì)是動力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一[2]。

本文以一款MPV車型整車NVH特定工況下噪聲優(yōu)化改進(jìn)為例，利用Hypermesh軟件對懸置支架進(jìn)行建模分析，并根據(jù)分析結(jié)果結(jié)合CAD模型進(jìn)行優(yōu)化再分析，然后通過優(yōu)化樣件測試確認(rèn)改進(jìn)效果。

1 懸置支架NVH問題確認(rèn)

該款MPV車型整車NVH測試過程中勻速40kph駕駛員內(nèi)耳聲壓級為58.5dB（A），超出設(shè)計(jì)指標(biāo)58dB（A）。通過動力總成懸置支架測點(diǎn)數(shù)據(jù)勻速40kph后懸置振動頻譜圖（圖1）對比發(fā)現(xiàn)，后懸置主動支架對550Hz的頻帶進(jìn)行了放大，對應(yīng)該工況下駕駛員內(nèi)耳噪聲頻譜圖（圖2）550Hz峰值。同時(shí)根據(jù)對后懸置主動端支架的頻響測試（圖3），發(fā)現(xiàn)后懸置支架X向存在550Hz模態(tài)。從而確認(rèn)后懸置主動端支架是此工況下駕駛員內(nèi)耳聲壓級的貢獻(xiàn)之一。

圖1 后懸置支架主動端振動頻譜圖

圖2 勻速40kph駕駛員內(nèi)耳噪聲頻譜圖

圖3 后懸置支架主動端頻響圖

2 后懸置支架模態(tài)分析

2.1 網(wǎng)格劃分

HyperMesh 是一個(gè)高質(zhì)量高效率的有限元前處理軟件，其強(qiáng)大的幾何清理功能可以方便靈活的對幾何模型進(jìn)行清理和優(yōu)化，高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分技術(shù)可以快速有效的完成實(shí)體模HyperMesh 是一個(gè)高質(zhì)量高效率的有限元前處理軟件，其強(qiáng)大的幾何清理功能可以方便靈活的對幾何模型進(jìn)行清理和優(yōu)化，高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分技術(shù)可以快速有效的完成實(shí)體模型的二、三維網(wǎng)格劃分，先進(jìn)的網(wǎng)格變形技術(shù)可直接更改現(xiàn)有網(wǎng)格，無需重構(gòu)模型即可實(shí)現(xiàn)新的設(shè)計(jì)。HyperMesh 的上述特點(diǎn)在很大程度上提高了 CAE 建模的效率和質(zhì)量， 以便工程師把更多的精力放在后續(xù)對產(chǎn)品本身性能的研究和改進(jìn)上，從而大大縮短整個(gè)設(shè)計(jì)周期[3]。

圖4 后懸置支架2D面網(wǎng)格

后懸置支架由沖壓鈑金焊接構(gòu)成，通過抽取3D模型各鈑金中性面，劃分2D網(wǎng)格。然后通過賦予各2D面網(wǎng)格Properties，從而生成實(shí)體網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格的時(shí)需要將各部分沖壓件分別單獨(dú)劃分網(wǎng)格，再利用rbe2模擬各沖壓單件焊接關(guān)系。劃分的網(wǎng)格如圖4所示。

2.2 材料與屬性

后懸置支架材料為SHPC及20號冷軋鋼管，模型為均勻各向同性材料，其參數(shù)詳見表1所示，各2D網(wǎng)格賦予屬性后生成的實(shí)體網(wǎng)格如圖5所示。

表1 后懸置支架材料屬性

2.3 約束與加載

在動力總成側(cè)各安裝點(diǎn)處建立重復(fù)點(diǎn)，通過Cbush加載彈性連接連接后懸置支架動力總成側(cè)安裝點(diǎn)與此處建立的重復(fù)點(diǎn)，并約束重復(fù)點(diǎn)6各方向自由度，從而模擬后懸置支架實(shí)車中與動力總成的連接關(guān)系。

圖5 后懸置支架3D實(shí)體網(wǎng)格

2.4 模態(tài)分析

建立分析步，利用Hypermesh Radioss求解器分析后懸置支架得到后懸置支架前6階模態(tài)如表2所示。

表2 原后懸置支架前6階模態(tài)

通過原后懸置支架前6階模態(tài)發(fā)現(xiàn)，一階模態(tài)548Hz，同時(shí)對比圖6后懸置支架一階振型，發(fā)現(xiàn)一階振型為X向平動，與實(shí)車后懸置支架頻響測試符合。從而驗(yàn)證此分析結(jié)論的正確性。

圖6 原后懸置支架一階振型

3 后懸置支架設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化及分析

通過對原后懸置支架一階振型分析，發(fā)現(xiàn)兩加強(qiáng)板與兩安裝支板搭接不足，搭接位置離動力總成側(cè)固定點(diǎn)果園，導(dǎo)致后懸置支架下側(cè)位移大，模態(tài)較低。結(jié)合后懸置支架間隙及裝配環(huán)境，針對以上問題對后懸置支架進(jìn)行優(yōu)化，兩種優(yōu)化方案如表3所示，圖7是各方案對應(yīng)的幾何模型。

表3 原后懸置支架前6階模態(tài)

圖7 后懸置支架優(yōu)化各方案模型

分別對優(yōu)化方案按照原方案分析方法進(jìn)行模態(tài)分析得出兩方案一階模態(tài)分別為602Hz（方案1）,653Hz（方案2）。因此選取方案2進(jìn)行改進(jìn)驗(yàn)證，此方案較原后懸置支架1階模態(tài)提升105Hz。

3.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化驗(yàn)證

將優(yōu)化樣件更換原試驗(yàn)車輛，分別測試3G加速工況及勻速40kph工況下整車駕駛員內(nèi)耳側(cè)聲壓級及后懸置支架振動情況，從圖8 3G加速后懸置支架振動響應(yīng)圖可以看出，550Hz共振帶消失，同時(shí)對比勻速40kph改進(jìn)前后駕駛員內(nèi)耳總聲壓級降低0.8dB（A）,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。后懸置支架550Hz振動較原設(shè)計(jì)明顯減小，如圖9所示。

圖8 3G加速更換后懸置主動支架振動對比

圖9 勻速40kph 后懸置支架聲音和振動對比

4 結(jié)束語

通過Hypermesh軟件，建立懸置支架分析模型，利用Radioss求解器進(jìn)行模態(tài)分析，驗(yàn)證實(shí)車NVH測試問題，并通過分析結(jié)果找出設(shè)計(jì)缺陷及改進(jìn)方向，然后對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終對優(yōu)化方案進(jìn)行模態(tài)分析，最終對改進(jìn)方案進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。從而快速準(zhǔn)確的解決懸置支架NVH問題，避免了懸置支架NVH改進(jìn)過程中的盲目性，并縮短了改進(jìn)周期。

[1] 龐劍,諶剛,何華.汽車振動與噪聲-理論與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2006.

[2] 唐因放.景逸汽車動力總成懸置支架的優(yōu)化設(shè)計(jì).汽車技術(shù),2009(4)∶34-36.

[3] 王鈺棟等.HyperMesh＆HyperView應(yīng)用技巧與高級實(shí)例[M].北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

Application of Hypermesh in NVH improvement of powertrain mount system

Zhang Xing, Wang Fang, Peng Yiai
（Anhui Jianghuai Automotive group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

In this paper, an example of the noise optimization improvement in the NVH of a MPV vehicle is introduced, using the Hypermesh software of Altair Company to analyze the suspension bracket, to determine the structural design defect of the suspension bracket, and to analyze the structural optimization according to the analysis result. The improved physical verification shows that the software is propitious to improve the design defects of the structure of the suspension bracket parts in the NVH performance, and to provide some ideas for the structural design of these parts.

Mount; Bracket; NVH; Hypermesh

U467

A

1671-7988 (2017)16-152-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.053

張興，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。