轻客顶盖有限元模态分析

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1、轻客顶盖有限元模态分析廖晖赵敬义(北汽福田汽车工程研究院计算分析所北京102206)摘要：有限元模态分析在汽车CAE领域应用相当的广泛。在整车的NVH设计中，开发前期进行白车身的有限元模态分析，确定整车NVH性能具有决定性意义。白车身顶盖的局部模态作为白车身模态设计中的重要模态，对其结构设计中的主要影响因素进行分析具有重要的工程指导意义。关键词：有限元;模态;顶盖;NVH前言在对轻客白车身进行模态计算时发现轻客顶盖在无筋状态下局部模态较高，为了查找较高的原因，进行了一系列探索，结果发现顶盖的形状和加筋对顶盖局部模态有较大影响，这对将来的顶盖设计有直接的指导意义。计算过程问题

2、的提出轻客（顶盖无筋）与大轻客白车身状态的顶盖局部模态，计算结果如下：车型频率振型描述轻客84.6顶盖一弯大轻客30.5顶盖一弯顶盖模态（左为轻客，右为大轻客）从对比结果看，轻客顶盖模态频率值比大轻客高出很多，为了查找频率相差悬殊的原因，对两个模型进行对比，模型本身存在的差异如下：（1）两顶盖材料参数相同，均为E=2.1e+08,NU=0.3,RHO=7.8e-06,厚度不同轻客为0.8mm，大轻客为0.9mm；（2）轻客顶盖有2根横梁，大轻客顶盖有6根横梁；（3）轻客顶盖无筋，大轻客顶盖有纵筋；（4）顶盖自身的形状(纵向轻客要比大轻客曲率大，横向大轻客要比轻客曲率大)。顶

3、盖形状截面（蓝线为轻客，红线为大轻客）1去掉顶盖横梁对顶盖（无横梁）模型进行自由模态计算，计算结果如下：阶次轻客顶盖模态频率大轻客顶盖模态频率频率差备注427.923.34.6大轻客出现了中部弯曲975.936.839.1轻客开始出现顶盖中部较大变形图1.1第4阶模态振型（左为轻客，右为大轻客）图1.2第9阶模态振型（左为轻客，右为大轻客）小结：大轻客从23.3Hz开始就出现了顶盖中部较大的局部变形，而轻客出现顶盖中部较大局部变形的频率为75.9Hz,与大轻客相比高出很多。0B2轻客顶盖有无横筋的影响轻客顶盖无筋和有筋状态方案对比，结果如下：图2.1轻客顶盖第1阶局部模态振

4、型（左为去掉筋后，右为带横筋模型）小结：无横筋时顶盖1阶约束模态为79.6Hz，加横筋后顶盖一阶约束模态降至33.5Hz。横筋使轻客顶盖模态频率迅速下降，下降达46.1Hz。1B3轻客顶盖各横筋对顶盖模态的影响图3.1顶盖第1阶局部模态（从上到下从左到右依次为无筋、去掉顶盖有横筋、去掉第一根横筋、去掉第二根横筋、去掉第三根横筋、去掉第四根横筋）状态加筋不加筋去掉第1根筋去掉第2根筋去掉第3根筋去掉第4根筋1阶频率33.579.634.135.937.335.3小结：从对比结果看，对第一阶局部模态影响最大的是第三根筋（去掉后模态提高3.8Hz）；对第二阶局部模态影响最大的是第

5、四根筋（去掉后模态提高5.7Hz）；对第三阶局部模态影响最大的是第四根筋（去掉后模态提高3Hz）；对第四阶局部模态影响最大的是第二根筋（去掉后模态提高4.9Hz）；对第五阶局部模态影响最大的是第四根筋（去掉后模态提高10.6Hz）。2B4轻客顶盖横纵筋的影响约束模态（对模型四周进行约束）对比结果如下：阶次加纵筋加横筋无筋132.233.579.6图3.11-2轻客顶盖第1阶局部模态振型（左为加纵筋，中为加横筋，右为无筋模型）小结：顶盖无论加纵筋还横筋，都会严重降低顶盖刚度。3B5轻客标杆车顶盖模态计算结果图3.12-2轻客标杆车与轻客车顶盖模型对比（红色为标杆车，蓝色为轻客

6、车）约束模态（对模型四周进行约束）对比结果如下：阶次标杆车（带横筋）轻客(带横筋)标杆车（不带横筋）轻客(不带横筋)127.133.557.579.6小结：说明加筋严重降低顶盖刚度，具有普遍性，至少适用于福田轻客。4B结论1.轻客顶棚加横筋和加纵筋会降低其刚度，最好的方式是不加筋。2.改变了传统钣金件起筋的理解。其分析结果是：平板起筋，是能有效提高原来平板的刚度；弧面起筋，则相反，会较大地降低原弧面的刚度。各种计算表明，顶盖的曲率变化（尤其在长度方向上的曲率变化）和加筋对顶盖局部模态具有很大影响。这一结论对福田公司白车身顶盖或大的薄板覆盖面的设计具有直接的指导意义，将从设计

7、源头上大大提高NVH性能开发能力，真正体现设计上由结构设计向性能设计转变的思想内涵。参考文献：[1]NastranUser'sguide[2]余志生.汽车理论.北京：机械工业出版社，2000[3]王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2000