一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法技术

本发明专利技术公开一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法。所述方法包括：建立整车有限元模型；利用模态综合法，将所述整车有限元模型中的部分有限元子模块模型分别缩聚为独立的超单元子模块模型；建立由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型；利用所述整车混合模型进行NVH仿真分析。本发明专利技术所述方法减少了分析中未变更有限元子模块重复计算的次数和时间，重复计算次数越多，节省时间的优势越明显，因此明显提高了计算速度；同时还使过程文件和计算结果占用的存储空间大大减小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法
本专利技术属于汽车
，具体涉及一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法。
技术介绍
在竞争日益激烈的汽车市场上，随着人们对驾乘舒适性要求的不断提高，整车NVH性能已经成为消费者最为关注的产品性能之一。在设计前期通过CAE仿真技术对整车NVH性能进行把控，是解决汽车NVH问题、提升产品品质的有效手段。在实车试验前开展虚拟样车验证工作，可减少后期整改问题的次数，缩短产品的研发周期。传统NVH仿真分析方法是建立整车的有限元模型，在此基础上加载相应工况，分析及优化整车NVH性能。但是，该分析方法存在分析周期长、计算所需磁盘空间较大以及结果文件较大的缺陷。以计算路面激励工况下的整车噪声为例，在目前通用的10mm×10mm单元尺寸的规范下，整车的有限元模型单元数量通常达百万级。一次分析就长达十几个小时，中间过程文件需要几十甚至上百GB，计算结果文件通常达到20GB以上。而整车NVH性能往往需要经过多轮次优化迭代之后，才能达到设计目标，这就可能导致每个数据节点的整车NVH性能分析时间长达数周，计算效率过低而且造成计算资源的浪费，难以保证项目按照节点时间正常进行。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，包括以下步骤：步骤1，建立整车有限元模型；步骤2，利用模态综合法，将所述整车有限元模型中的部分有限元子模块模型分别缩聚为独立的超单元子模块模型；步骤3，利用超单元子模块模型与有限元子模块模型(除去部分子模块后剩余的)之间的位移协调条件及力平衡条件，通过子模块模态综合建立运动方程，从而得到由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型；步骤4，利用所述整车混合模型进行NVH仿真分析。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过建立整车有限元模型，利用模态综合法，将所述整车有限元模型中的部分有限元子模块模型分别缩聚为独立的超单元子模块模型，建立由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型，利用所述整车混合模型进行NVH仿真分析，减少了分析中未变更有限元子模块模型重复计算的次数和时间，重复计算次数越多，节省时间的优势越明显，因此明显提高了计算速度；同时还使过程文件和计算结果占用的存储空间大大减小。附图说明图1为采用本专利技术混合模型和整车有限元模型进行仿真分析得到的路噪频响曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，包括以下步骤：S101、建立整车有限元模型；S102、利用模态综合法，将所述整车有限元模型中的部分有限元子模块模型分别缩聚为独立的超单元子模块模型；S103、利用超单元子模块与有限元子模块之间的位移协调条件及力平衡条件，通过子模块模态综合建立运动方程，从而得到由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型；S104、利用所述整车混合模型进行NVH仿真分析。在本实施例中，步骤S101用于建立整车有限元模型。首先利用有限元前处理软件，将子模块的CAD模型划分为有限元模型，并赋予各零部件相应的材料与属性等，然后根据装配关系完成整车有限元模型。整车有限元模型中的子模块主要包括车身子模块、车门子模块、动力子模块、传动子模块、悬架子模块、轮胎子模块、转向与制动子模块、车身附件子模块以及声腔子模块的有限元模型，还包括将所述子模块组装在一起的铰链、螺栓和衬套的有限元模型。在本实施例中，步骤S102用于将整车有限元模型中的部分子模块模型转换成超单元子模块模型。超单元可以看作一种子结构，每个超单元的处理都形成一组减缩矩阵(质量、阻尼、刚度等)，代表从相连的邻近结构所看到的超单元特性。由于本实施例是要建立超单元子模块模型与有限元子模块模型混合的模型，因此，只需将部分子模块模型转换成超单元子模块模型，剩余的有限元子模块模型保持不变。在实际应用中，可根据工程需要自由选择将哪些有限元子模块模型转换成超单元子模块模型，并与剩余的有限元子模块模型装配成混合模型。根据汽车开发周期以及计算效率要求，一般选择在整个开发周期内更改变动较多的子模块采用有限元分析模型，如车身、车门、车身附件及声腔模型；而将更改较少的动力、传动、悬架、转向与制动等子模块缩减成超单元模型。为了方便对结构设计进行优化和验证，根据车型实际开发需要，通常按照下列原则创建超单元模型：尽量照顾结构的自然划分；尽量分割零部件联系较少处，即铰链、衬套与螺栓等连接处；所有超单元边界节点所组成的框架应该为整车结构的骨架。在本实施例中，步骤S103用于建立由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型。为简便起见，下面以两个子模块A和B组成的系统为例说明混合模型的方法。将子模块A缩减为超单元模型，子模块B仍采用有限元模型。利用子模块间位移协调条件及力平衡条件，进行子模块模态综合，得到系统的运动方程为：引入子模块间的约束方程：整理后得到系统的运动方程为：其中，式(8)～(11)中Ω为子模块对应特征频率形成的对角矩阵，n为子模块B的自由度数，其他符号的含义参见后面式(1)～(7)中各符号含义的说明。求解式(11)可得系统的各阶固有频率和模态，再用模态叠加法求解系统的动力学特性。在本实施例中，步骤S104用于利用上一步建立的整车混合模型进行NVH仿真分析。根据实际工程需要，可以利用超单元和有限元混合模型进行各种级别的NVH仿真分析与优化。例如，内饰车身的振动与噪声传递函数分析及优化，整车的路面激励噪声(简称路噪)和动力总成噪声分析及优化等。图1是采用本实施例整车混合模型和整车有限元模型进行仿真分析得到的路噪频响曲线。由图1可知，混合模型和有限元模型的路噪仿真分析结果的峰值和对应频率一致性较好，混合模型分析结果能够有效预测该车型驾驶员外耳的路噪频响特性。对比结果说明了本实施例的有效性和可行性。本实施例利用整车混合模型进行NVH仿真分析，减少了分析中未变更有限元子模块重复计算的次数和时间，重复计算次数越多，节省时间的优势越明显，因此明显提高了计算速度；同时还使过程文件和计算结果占用的存储空间大大减小。整车路噪仿真分析的计算时间、所需磁盘空间以及结果文件存储占用空间如表1所示。由表1可知，本实施例所述方法相对基于有限元模型的传统分析方法计算时间节省了93％以上，计算所需空间降低了96.0％，存储空间节省了98.7％。表1路噪仿真分析计算时间、所需空间与存储空间对比分析模型计算时间/h计算所需空间/GB存储空间/MB混合模型0.94.3<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，建立整车有限元模型；/n步骤2，利用模态综合法，将所述整车有限元模型中的部分有限元子模块模型分别缩聚为独立的超单元子模块模型；/n步骤3，利用超单元子模块模型与有限元子模块模型之间的位移协调条件及力平衡条件，通过子模块模态综合建立运动方程，从而得到由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型；/n步骤4，利用所述整车混合模型进行NVH仿真分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立整车有限元模型；
步骤2，利用模态综合法，将所述整车有限元模型中的部分有限元子模块模型分别缩聚为独立的超单元子模块模型；
步骤3，利用超单元子模块模型与有限元子模块模型之间的位移协调条件及力平衡条件，通过子模块模态综合建立运动方程，从而得到由超单元子模块模型和有限元子模块模型组成的整车混合模型；
步骤4，利用所述整车混合模型进行NVH仿真分析。


2.根据权利要求1所述的基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，其特征在于，所述步骤1还包括对整车有限元模型的优化过程：计算整车有限元模型模态分析结果与整车试验模态测试结果的误差，如果所述误差大于设定的阈值，修改整车有限元模型直到使所述误差小于设定的阈值。


3.根据权利要求1所述的基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，其特征在于，所述步骤2还包括对超单元子模块模型的优化过程：计算超单元子模块模型与有限元子模块模型模态分析结果的误差，如果所述误差大于设定的阈值，修改超单元子模块模型直到使所述误差小于设定的阈值。


4.根据权利要求1所述的基于超单元和有限元混合模型的NVH分析方法，其特征在于，所述步骤2将有限元子模块模型缩聚为超单元子模块模型的方法包括：
建立子模块动力学方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：李书阳，常光宝，王晓蒙，梁静强，刘忠伟，
申请(专利权)人：上汽通用五菱汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45