白车身模态试验与模态仿真对标研究

宋纪侠，王彦，章睿，万长林，林明进（东风汽车股份有限公司商品研发院，武汉　430057）

白车身模态试验与模态仿真对标研究

宋纪侠，王彦，章睿，万长林，林明进
（东风汽车股份有限公司商品研发院，武汉430057）

利用LMS测试设备进行了白车身模态试验，应用CAE分析技术进行了白车身模态仿真。对比模态试验与模态仿真结果，提出模态试验中测点分布对模态试验结果识别有影响，模态仿真中焊点布局、顶盖加强梁位置对模态仿真的影响较大，给出了模态试验和模态仿真过程中的建议。

白车身；模态试验；模态仿真

宋纪侠

毕业于辽宁工程技术大学，工学硕士学历，现任东风汽车股份有限公司商品研发院主任工程师。主要研究方向：结构有限元及多体动力学 。

1　引言

车身是由薄钢板焊接而成，车身固有频率在激励频率范围内，有可能产生共振。当产生共振时，会产生较大的振动和车内噪声，产生较大的应力和变形，车身会出现高周疲劳破坏和大应力低周疲劳破坏［1］。

通过模态试验可得出固有频率、阻尼和模态振型［2］，评价车身设计的好坏。但模态试验需白车身装配完成之后才能进行，不能驱动白车身结构设计；模态仿真在白车身开发时期可计算其固有频率和振型，从而可以驱动白车身的结果设计，两种途径的研究结果密切相关［3］。模态试验中测点分布直接影响着模态识别，特别是局部模态识别，模态仿真模型的创建中也存在很多因素直接影响着仿真结果的精度。为使模态仿真结果更接近模态试验值，将模态仿真和模态试验中的干扰因素剔除，现对模态试验和模态仿真进行对比研究，从而掌握模态仿真替代模态试验的核心技术。

2　白车身模态试验

试验用白车身不带挡风玻璃，底板粘有阻尼减振材料。模态试验采用橡皮绳吊装方式来模拟自由边界条件（见图1），两点激振，多点拾振。应用LMS公司GEOMETRY模态测试几何建模软件建立几何模型，用SPECTRAL ACQUISITION采集软件测试各测点三向频响函数，通过移动加速度传感器测量全部测点的频响函数。

测点共计362个，均分布在白车身外表面。白车身内表面，如，后地板卧铺总成、被顶盖包围在内的后围上端、顶盖前横梁、前围板、挡泥板支架处等部位无测点。激振点选取地板左纵梁前端和地板右纵梁后端，Z向激振。

3　白车身模态仿真

将白车身CAD模型导入Hypermesh软件中，进行几何清理、网格划分、装配和材料参数设置等，完成白车身模态仿真模型的建立［4］。

选择合适的有限元单元类型，对白车身结构进行数学离散，其中白车身钣金、玻璃和胶粘等主要采用四边形单元，少量采用三角形单元及六面体单元进行网格划分［5］，模态仿真模型见图2，材料属性见表1：

表1　材料属性

4　模态试验与模态仿真对比

通过将模态试验与模态仿真结果研究，得出模态试验与模态仿真结果对比的前提：

1）以模态试验白车身为参照，对模态仿真模型进行零件数、焊点数、胶粘数量、零件料厚、零件位置等检查，确保模态仿真模型与模态试验车身一致；

2）仅比较模态试验和模态仿真中振型基本一致的模态。因模态试验和模态仿真中均会出现多阶整体模态和局部模态，频率、振型不可能全部一致。

现选取模态试验与模态仿真振型基本一致的各阶模态对比，见图3～12。

4.1前端扭转

模态试验和模态仿真对应模态值分别为27.7Hz和25.8Hz，见图3～4。振型一致，车身前端绕X向扭转和前风窗左右摆动，两者频率值相差1.9Hz。

4.2顶盖一阶弯曲

模态试验和模态仿真对应模态值分别为29.1Hz和29.2Hz，见图5～6。振型一致，顶盖一阶弯曲，两者频率值相差0.1Hz。

4.3呼吸模态

模态试验和模态仿真对应模态值分别为34.9Hz和32.9Hz，见图7～8。振型一致，白车身整体呼吸模态和前档风窗下边一阶弯曲，两者频率值相差2.0Hz。

4.4局部模态

模态试验和模态仿真对应模态值分别为37.9Hz和36.3Hz，见图9～10。模态试验和模态仿真的部分振型一致，模态试验振型为白车身后围上部一阶弯曲和顶盖二阶弯曲，模态仿真振型为后围上部一阶弯曲，两者频率值相差1.6Hz。模态试验中被顶盖包围在内的后围上端没有测点，局部模态识别有一定困难，故该处需增补测点。

4.5局部模态

模态试验和模态仿真对应模态值分别为42.6Hz和37.9Hz，见图11～12。模态试验和模态仿真的部分振型一致，模态试验振型为白车身前档风玻璃下边一阶弯曲和地板一阶弯曲，模态仿真振型为后地板卧铺一阶弯曲和前档风窗下边一阶弯曲，两者频率值相差4.7Hz。模态试验中后地板卧铺总成没有测点，为更好对比模态试验和模态仿真结果，该处需增补测点。

表2　模态试验与模态仿真频率、振型对比

4.6综合对比

白车身模态试验和模态仿真综合对比见表2。

对比白车身模态试验和模态仿真的频率和振型，模态仿真结果略小于模态试验结果，这是因为模态仿真中所有零件料厚是均匀一致的，且没有涂装过。整体模态中模态试验和模态仿真的误差基本小于7%，而局部模态中模态试验和模态仿真的最大误差为11%，这与模态试验的测点分布有很大关系。为此，对白车身模态试验测点分布提出如下要求：

1）后地板卧铺总成无测点，该部位局部模态在模态试验中无法体现，甚至给模态识别带来一定困扰。

2）被顶盖包围在内的后围上端无测点，该处局部模态无法在模态试验中体现，模态试验和模态仿真振型无法完全对应。

3）前围板中间部位无测点，前档风窗上边与顶盖之间测点偏少，导致该部位局部模态在模态试验中识别困难。

4）挡泥板支架处无测点，模态试验和模态仿真中挡泥板局部模态结果无法对比。

5）建议在测点总数不变的情况下，可减少顶盖测点，在上述部位相应增加测点。

5　结论与建议

1）如果模态仿真中白车身前端扭转频率与模态试验值相差较大，在模态仿真中应重点关注A柱上、下接头处焊点信息是否正确，该位置焊点对白车身前端扭转频率贡献很大。

2）通过白车身模态仿真可知，顶盖加强梁的位置、连接方式和胶粘的材料属性对顶盖局部模态影响较大。CAD工程师在确定顶盖横梁位置前，建议先进行相应仿真分析以确定最佳位置。

3）为更好对比模态试验和模态仿真结果，模态试验的测点除均布在白车身外表面外，还应在模态仿真中出现局部模态位置增加测点。

［1］徐茂林，胡溧.某型薄板冲压件骨架式白车身结构及模态分析［J］.汽车科技，2013，（2）：53～56.

［2］傅志方.模态分析理论与应用［M］.上海：上海交通大学出版社，2000.

［3］白化同等.模态分析理论与试验［M］.北京：北京理工大学出版社，2001.

［4］邓丽梅，邓亚东，赵宁，宋纪侠.轻型货车车身有限元模态分析与优化设计［J］.机械制造，2008，（3）：8～9.

［5］刘盼，夏汤忠，王萍萍等.轿车车身模态及扭转刚度灵敏度分析.汽车科技，2011，（6）：42～45.

专家推荐

聂昕：

作者对比分析模态试验与模态仿真的结果，提出模态试验中测点分布对模态试验结果识别有影响，模态仿真中焊点布局、顶盖加强梁位置对模态仿真有较大影响，并给出了模态试验和模态仿真过程中的建议，对汽车试验及仿真研究人员及工程师有一定的借鉴、参考作用。建议发表。

Research of BIW Modal Test and Modal Simulation

SONG Ji-xia，WANG Yan，ZHANG Rui，WAN Chang-lin，LIN Ming-jin
（Commercial Product R&D Institute Dongfeng Automobile CO.，LTD.，Wuhan，430057，China）

Modal test was carried out by using LMS testing equipments. Modal simulation of BIW was simulated with CAE technology. Comparing the results of modal test and modal simulation，the measure points distribution of modal test had influence on modal identification，welding spots layout and position of roof strengthen beam had bigger influence on modal simulation. The advice during modal test and modal simulation was proposed.

BIW； modal test； modal simulation

2016-04-21

U463.8

A

1005-2550（2016）04-0083-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2016.04.015