基于Hypermesh的车身空腔模态仿真分析

章超，刘润琴，董婷



基于Hypermesh的车身空腔模态仿真分析

章超，刘润琴，董婷

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

以某车身为研究对象，建立其三维简化模型，然后导入Hypermesh软件进行处理，最后通过Hypermesh仿真求解出该车身的200Hz以下的频段声腔模态，并对其进行分析和评价。

Hypermesh；声腔模态；仿真；分析；评价

引言

当今汽车噪声作为汽车的重要性能指标，消费者对车辆性能的声学特性的要求也更加重视起来。现在对于车内噪声问题的解决方法和应对措施已经比较成熟了。针对这样的问题，首先，明白它的产生机理，其次弄清楚它的分布，最后提出相应的解决方案。现在仿真技术在解决这方面的问题，越来越成熟，在设计研发初期通过仿真掌握车内空腔的声场分布以及模态振型，可以在设计中对车内声学特性进行优化，从而避免许多共振问题产生，提高车内的声品质。

1 车身声腔模态分析

在车身设计初期阶段，通过试验与仿真对车身声腔模态进行分析，了解车内声场分布和重要振型，可以在研发期根据车辆的基本状况有效的对车身结构进行优化匹配，减少车内共振问题。本文针对某具体实车，进行分析，以200Hz以下的频段为研究范围，采用Hypermesh软件建立车身有限元模型通过求解得出车身声腔模态。

1.1 声学振动模态

图1 车身空腔有限元模型

首先将建好的模型导入Hypermesh软件中，通过平面切片将模型切开，在模型内部与切片交接附件选取并复制节点，节点复制完成后，将节点连接成单元，直至所有单元包络成一个封闭的空腔表面，然后对车身空腔和座椅等空腔进行填充。理想的声学单元尺寸大约是声波长1/6，这里声学单元和结构单元的单元大小一致。Hypermesh软件中建立如图1所示的三维车身空腔声学有限元模型，共22683个节点，68768个单元。

1.2 空腔声学模态计算

对车室空腔声学模型进行模态分析，可以掌握它的声压分布情况。通常第一阶频率不为零的声学模态出现在 40～80 Hz左右，一般空腔越长频率越低，表现为声压沿车室纵向分布的纵向声学模态。通过Hypermesh软件建立有限元模型，将建立好的模型导出为Nastran计算的.bdf文件，其中Export选项设置为all。而通过Nastran计算导出的.bdf文件，计算结果包含OP2文件。仿真得到车内前200Hz范围内的声学固有频率与模态振型，这里主要显示前6阶来分析，如表 1所示：

表1 车身声腔模态计算结果

（1）第1阶模态振型 （2）第2阶模态振型

（3）第3阶模态振型 （4）第4阶模态振型

（5）第5阶模态振型 （6）第6阶模态振型

图2 车室声腔前6阶模态振型

1.3 结果分析及评价

如图 2车身声腔前 6阶模态振型。从仿真的结果可以看出，因为车室空腔呈现横向对称，所以可以看出声压分布也呈现左右对称。由（1）图可知，在 0Hz时为刚体模态，即为一致声压模态。从第二阶开始提取模态频率和声压振型分布，由（2）图可知，在 62.98Hz时出现首阶纵向声压模态，声压值由中间往前后逐渐增大，位于发动机位置处出现声压最大值，位于驾驶员和前排乘员所在的位置处的升压值相对很小，说明该车辆这部分的声学结构设计是合理的。由(4)图可知，在 116.4 Hz时出现横向第1阶声压模态，在尾部处出现相对声压最小值，位于驾驶员右耳和后排座椅中间位置处相对声压值也比较小，这正是在设计时所希望达到的。由(5)图可知，在 138.7 Hz时出现首阶垂向声压模态，观察可知，在车顶盖处，即乘员头部上方的声压值相对较大，这对司机和前排乘客的影响很大，在后期需要进行改善优化，后排乘员位置的声压值相对比较小，对后排乘员是有利的。可知座椅应尽量布置在节点位置，声腔模态中点火频率的倍频程是最容易引起共振的频率，所以设计改进时第一阶非自由模态需错开怠速发动机2阶点火频率。

2 结论

本文，针对某具体车型通过仿真获得了车身的声场分布与模态振型，对该车内的声学品质做了一些简单的评价，为以后的车内声场优化提供了重要信息。

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Model simulation analysis of body cavity based on Hypermesh

Zhang Chao, Liu Runqin, Dong Ting

( School of Chang an automobile institute, Shaanxi Xi'an 710064 )

Take a body as the research object, establish a three-dimensional simplified model, and then import Hypermesh software for processing. Finally, through Hypermesh simulation, the frequency band mode of the body under 200Hz is solved and analyzed and evaluated.

Hypermesh; Cavity mode; Simulation; Analysis; Evaluation

A

1671-7988(2018)16-273-02

U461.99

A

1671-7988(2018)16-273-02

CLC NO.: U461.99

章超（1991-），男，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，车辆工程专业。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.098