识别零部件特征频率的方法技术

本发明专利技术提供了一种识别零部件特征频率的方法。该方法包括如下步骤：建立零部件的有限元模态模型；在有限元模态模型的关注区域上施加白噪声激励；计算获得有限元模态模型的关注区域上的频率输出，从而获得每个频率上的加速度响应；以及通过加速度曲线的波动判断零部件的特征频率。通过上述方法，可以清晰的识别出复杂零部件中各子系统的特征频率，帮助工程师更准确地判断并解决零部件的振动问题，并且这种方法应用更简单、效率更高。

【技术实现步骤摘要】

概括地说，本专利技术涉及一种；具体地说，本专利技术涉及一种基于有限元分析、特别是识别复杂系统特征频率的方法。
技术介绍
众所周知，模态(振型)是机械结构的固有振动特性，每一个模态均具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。如果了解了机械结构在易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，则可以预言该结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因而， 模态分析即对这些模态进行分析从而获取相应的模态参数是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。因而，尽管机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化，但模态分析提供了研究各种实际结构动力特性的一条有效途径。现有技术中的模态分析方法包括试验模态分析法和计算模态分析法。试验模态分析法通过试验采集系统输入与输出信号，然后经过参数识别从而获得模态参数；而计算模态分析法采用有限元方法计算获得。随着电子计算机以及软件行业的发展，目前有很多软件都可以用来进行有限元模态分析，如OPTISTRUCT、NASTRAN、ANSYS等。上述现有技术的有限元模态分析过程中，特别是在研究对象是较为复杂的系统时，计算得出的振动模态往往过于凌乱，难以辨识出真正关心的零部件特征频率；或者当由许多局部振型组成某阶振动时，会非常难以判断特征频率的数值。例如，图1是现有技术中有限元模态分析计算结果的一个示例。具体地说，图1中示意性地示了出车辆仪表板总成的计算模态分析结果。可见，从该图中很难判断出哪一阶为转向管柱的垂直以及水平方向的模态，这对仪表板结构设计问题的辨别及其解决都造成了困难。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种，其特征在于， 所述方法包括如下步骤建立所述零部件的有限元模态模型；在所述有限元模态模型的关注区域上施加白噪声激励；计算获得所述有限元模态模型的关注区域上的频率输出，从而获得每个频率上的加速度响应；以及通过加速度曲线的波动判断零部件的特征频率。通过如上所述的，由于采用频响分析更能够直观的判断出特征频率，从结果中读出零件的频率响应曲线，进而通过各个峰值大小来判断特征频率的大小，判断非常准确，特别是与根据经验辩识振动模态相比更为准确清晰，并且应用简单，有益于帮助工程师更准确地判断并解决零部件的振动问题。该方法也可以应用于复杂系统特征频率的识别，以解决所计算得到的振动模态过于纷乱、难以判断各子系统特征频率的问题。可选地，在如上所述的方法中，所述关注区域为所述有限元模态模型上相应于所述零件上材料较硬区域的区域。通过这种方法，使得激励能够更好的传递而不受到零件局部柔度的影响。可选地，在如上所述的方法中，所述关注区域为所述有限元模态模型上相应于所述零部件的安装支架的区域。对于大多数的系统安装支架通常会比其他区域刚度更高，所以，通过这种方法，选择支架区域会使得激励能够更好的传递。可选地，在如上所述的方法中，所述有限元模态模型的结构阻尼的幅值设定在 0. 01至0. 02之间。优选地，对于由金属零件组成的系统，选取结构阻尼0. 01，而对于塑料零件组成的系统，选取结构阻尼0. 02。可选地，在如上所述的方法中，所述结构阻尼的幅值设定为0. 015。本专利技术涉及的总成多为部分金属部分塑料，因此可以选择结构阻尼为0. 015。可选地，在如上所述的方法中，所述有限元模态模型是多个零部件模型的组合。对于复杂系统，尤其是多个零部件组成的系统，能够更好地体现出本专利技术的优点。可选地，在如上所述的方法中，所述计算过程采用模态叠加法。由于模态叠加法比直接法计算效率高，计算时间是直接法的1/3。所以，通过上述方法，能够更有效地进行计笪弁。附图说明参照附图，本专利技术的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在限制本专利技术的范围。图中图1是根据现有技术的有限元模态分析的计算结果的一个示例；图2示意性地示出了根据本专利技术的一种实施方式的流程图；图3示意性地示出了根据本专利技术的一种实施方式得到的复杂零部件的有限元模型；其中，左图是整个模态分析计算模型，右图单独示出了仪表板模型；图4示意性地示出了根据本专利技术的实施方式的计算模型激励点以及结果输出点； 以及图5示意性地示出了本专利技术的实施方式的计算结果。 具体实施例方式下面参照附图详细地说明本专利技术的具体实施方式。附图中相同的附图标记用于标记相同的技术特征。如下的说明仅是说明性、示例性的，虽然其中根据本专利技术的具体实施方式进行了说明，但是应当了解，在不背离本专利技术的原理的情况下，经过改型或变型的其它实施方式也将落入在本专利技术的保护范围内。图1是根据现有技术的有限元模态分析的计算结果的一个示例。图1中的六幅图列出了作为示例的某仪表板系统的前6阶模态振型情况。由于模型的复杂性，模态振型是由一些局部模态和整体模态耦合而成。具体地说，在图1中示意性地示出了车辆仪表板总成的有限元模态分析的计算结果，从中可以看出，仪表板总成的模态结果非常复杂，难以判别哪个频率为所关注的转向管柱的特征频率。图2示意性地示出了根据本专利技术的一种实施方式的流程图。从图中可以看出，根据本专利技术的该实施方式，包括如下步骤建立所述零部件的有限元模态模型；在所述有限元模态模型的关注区域上施加白噪声激励；计算获得所述有限元模态模型的关注区域上的频率输出，从而获得每个频率上的加速度响应；以及通过加速度曲线的波动判断零部件的特征频率。图3示意性地示出了根据本专利技术的实施方式得到的复杂零部件的有限元模态模型。具体地说，图3中示出了车辆仪表板总成3的有限元模态模型，关注的零件为其中的转向管柱零件(参见图3)。图1为图3示出了模型的模态计算结果，在该模型基础上进行修改亦可以获得本专利技术所述的计算模型。下面详细描述本专利技术一个实施方式中建立零部件有限元模型的具体步骤。具体的步骤包括了解待分析系统的零件组成和配合关系；从TEAMCENTER中下载系统中各零件的几何模型；将这些几何模型导入到有限元前处理软件例如HYPERMESH中划分网络并附以材料和属性；建立各零件之间的连接关系并建立边界条件进行模态分析；以及在HYPERVIEW 中读取结果。为了很好地建立有限元模型，首先了解总成中零件的组成，下载零件几何数模；分别导入HYPERMESH进行划分网格，根据零件特点可以选择采用壳单元或是实体单元来划分网格；根据零件的实际材料进行材料属性的添加；然后依照零件的真实配合关系进行装配连接，通常会使用刚性单元来进行连接；根据总成真实的使用环境来建立边界条件，必要时安装夹具或是车身模型需要加入模型中从而获得更加准确的边界条件。计算结束后可以将结果导入HYPERVIEW中，读出各监测点每个方向上的随频率变化的加速度曲线。可以看出，在上述步骤中，借助了 HYPERMESH作为有限元前处理器；但是，所属领域的技术人员可以了解，应用其它软件同样也可以进行本项技术的实施。应当了解，在此导入的有限元模型可以为多个零部件模型的组合。在建立了零部件的有限元模型之后，即可对该模型进行有限元分析计算。分析计算的具体步骤包括建立白噪声表格和结构阻尼，例如白噪声的频率可以为从OHz到 1000Hz、幅值可以为1，结构阻尼的频率可以为从OHz到1000Hz、幅值为0. 015 ；在模态分析结果中预设特征频率的频率范围，据此设定频率输出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种识别零部件特征频率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：建立所述零部件的有限元模态模型；在所述有限元模态模型的关注区域上施加白噪声激励；计算获得所述有限元模态模型的关注区域上的频率输出，从而获得每个频率上的加速度响应；以及通过加速度曲线的波动判断零部件的特征频率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董丹丹，王聪昌，
申请(专利权)人：上海通用汽车有限公司，泛亚汽车技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31