基于动刚度分析的结构优化

顾海南，李立波（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



基于动刚度分析的结构优化

顾海南，李立波
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：随着顾客对NVH要求的提高，整车上各个模块已将NVH的参照指标作为一个关键性指标进行设计，而刚度的分析是进行产品设计过程中的一个重要参考点。文章论述了刚度指标中的动、静刚度的相关性，并以公司自产的载货汽车的变速箱吊挂的开发过程为例，示范了刚度指标在设计开发过程中运用，以实车的验收结果证明了这一设计方向的可行性。

关键词：NVH；动刚度；静刚度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004可以得到：

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-22-02

引言

随着国民收入的提高以及乘用车的普及，载货汽车的定位也从仅仅作为一种盈利的工具向驾乘舒适性方面的追求转变。即在设计过程中，悬置系统的从原始的仅仅考虑搭载向隔震类性能指标追求。此时刚度、模态等分析参数在做悬置结构方案中占据了越来越大的比重。

1、刚度的分析

1.1静刚度分析

根据材料力学胡克定律中刚度的定义，可以得到下式：

注：F为施加的载荷，X为静态的位移，K为静态刚度；

1.2动刚度分析

动态载荷是大小或者方向随着时间改变而变化的载荷。载荷动态变化也会引起相应位移的动态变化。动刚度是通过作用力幅值的大小除以振动位移得到的是频率、质量、阻尼以及静刚度的函数。

假设一单自由度的系统(仅由弹簧一质量一阻尼器构成)受到一正弦载荷F（t）的作用，F（t）=F0*cos（wt），系统的振动方程如下：

注：k，系统的静态刚度；c，系统的阻尼；m，系统的质量；ω，系统的激振频率：ωn=k/m，系统的固有频率，F0/k，系统静态位移；

从以上公式可以得出以下几点结论：

1) 当激振频率从零开始而慢慢增加时，惯性影响比阻尼影响增加的更快。但当激振频率很小时，动刚度和静刚度相接近。

2) 当激振频率接近固有频率时，惯性影响和阻尼的影响相当，阻尼对于位移的变化十分重要尤其是当ω=ωn时，惯性影响和刚度的影响相抵消，只有阻尼在起作用。此时，系统发生共振，系统位移最大，动刚度最小，系统状态最危险。

3) 当激振频率超出固有频率时，惯性影响增加更快，相应的幅值降低。当激振频率远远大于固有频率时，系统的位移趋近于零。

根据动、静刚度的相关特性，基于动刚度计算得来的模型固有频率最接近于实际，而基于静刚度的误差较大。

2、某开发车型的实例运用

在该车型的开发过程中，悬置吊挂的连接结构为提升Y向动刚度，通过对加强板结构的优化经历了多轮优化分析，阶段性方案历程如下：

表1　

针对方案三整车后悬置验证情况：怠速至2500rpm升速过程中动力总成悬置振动的衰减状况，各悬置在缓油门升速过程中悬置前和悬置后等效均值曲线平稳上升，且升速过程中各悬置衰减效果良好：

图1

图2

3、结论

通过上述的过程优化，使得变速箱吊挂单件Y向动刚度的大幅提升，实现单件固有频率的变化，规避与系统激励频率产品共振区，实现NVH性能提升的目的。

参考文献

[1]廖武等.动力总成悬置动静刚度的应用与影响因素[J].客车技术与研究,2014(1).

[2]郭荣,章桐.汽车动力总成悬置系统[M].同济大学出版社,2013.

[3]任永锋.动刚度和静刚度在飞机设计中的应用[J].科技视界,2012 (10).

[4]胡启龙.基于模态和刚度对比分析的车门结构改进设计[J].轻型汽车技术,2014(1/2).

Structure improving based on the analysis of the Dynamic Stiff

Gu Hainan, Li Libo
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Abstract:With the increase of the customers requirement to NVH, each module on the vehicle has the harshness NVH reference index as a key index to carry on the design. Stiffness analysis is an important reference point in the process of product design. This paper discusses the stiffness index of the correlation of Dynamic Stiff and Static Stiff. An example is a projectof the production of truck transmission hanging development process. It demonstrates the rigidity indicators used in design and development process. The vehicle experiment results prove the feasibility of the design direction.

Keywords:NVH; DynamicStiff; Static Stiff

中图分类号：U463.8

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-22-02

作者简介：顾海南，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。