一种密封条分段线性刚度的等效计算方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

1.本发明涉及汽车nvh技术领域，特别涉及一种密封条分段线性刚度的等效计算方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.车门系统自由状态与安装状态差异主要在于密封条系统，故密封条系统建模精度是提高车门系统模态预测精度的关键。密封条是一种非线性材料，其非线性材料特性并不适合直接用于模态分析，需要对其进行线性化。
3.现有方法在进行安装状态的车门有限元仿真分析时，通常将密封条等效为具有固定刚度的弹簧，即采用线性弹簧单元将车门结构与车身结构各对应节点连接起来。这种方式被广泛应用于trimbody(带内饰车身)模态分析、trimbody 振动传递函数分析、trimbody噪声传递函数分析当中。但是现有的方法存在以下缺陷：
4.第一，现有密封条模型中，密封条刚度往往根据经验确定，没有经过试验的验证，一般单位长度刚度为0.03～0.05n/mm，但不同材料、结构和生产商的密封条刚度并不相同，有时存在较大差距，仅通过经验确定的密封条刚度会造成仿真模型与实际情况存在较大差距；
5.第二，现有密封条模型中，所有位置密封条的刚度均被认为是一个定制，但是实际情况中，由于车门和车身装配工艺的限制，密封条不同位置的压缩量并不相同，而压缩量的变化会严重影响密封条的刚度，不考虑压缩量对刚度的影响，就会显著的限制密封条仿真模型的精度。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的一个目的在于提出一种密封条分段线性刚度的等效计算方法，该方法达到提升模型分析精度及预测精度的目的。
8.本发明的第二个目的在于提出一种密封条分段线性刚度的等效计算装置。
9.本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。
10.本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
11.为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了密封条分段线性刚度的等效计算方法，包括以下步骤：
12.步骤s1，通过单轴拉伸试验数据对密封条所采用的3阶ogden本构模型参数辨识，得到应力
‑
应变曲线；
13.步骤s2，采用非线性有限元方法计算车门平衡状态密封条各位置压缩量，将密封条按照间隔100mm分段，结合所述应力
‑
应变曲线将每段密封条进行 cld试验得到测试结果，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
14.本发明实施例的密封条分段线性刚度的等效计算方法，通过试验所得本构关系参数拟合，并结合先进的数值仿真技术，计算出密封条各个分段的等效刚度，并使用分段等效线性刚度值建立等效弹簧单元用于车门系统模态分析及预测，且所预测出的车门系统每阶模态频率和振型与试验的误差均小于传统常值刚度方法，降低频率累计误差，降低mac累计误差。
15.另外，根据本发明上述实施例的密封条分段线性刚度的等效计算方法还可以具有以下附加的技术特征：
16.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s2具体包括：
17.步骤s201，利用8节点六面体线性减缩积分单元和3阶ogden本构模型对所述密封条进行建模；
18.步骤s202，利用拉压试验机测试所述密封条得到cld曲线，以获取压缩载荷与压缩量对应关系；
19.步骤s203，取平衡状态下建模后的密封条上任一点，结合所述应力
‑
应变曲线得到压缩量和对应的受扰压缩量变化；
20.步骤s204，将密封条按照间隔100mm分段，将每段密封条等效为一个弹性弹簧，结合每段压缩量和对应的受扰压缩量变化，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
21.可选地，在本发明的一个实施例中，还包括：
22.步骤s3，根据所述等效线性刚度构建车门无阻尼自由振动方程，求解模态振型向量；
23.步骤s4，通过模态置信准则对所述模态振型向量进行评价，确定车门模态分析精度以进行车门系统模态预测。
24.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s3中的车门无阻尼自由振动方程为：
[0025][0026]
其中，[m]为质量矩阵，[k]为刚度矩阵，包括等效线性刚度及车门系统模型中其它刚度，{u
i
}(i＝1,2,3,...,n)为n阶特征值对应的特征向量。
[0027]
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s4中具体评价为：
[0028][0029]
其中，mac为振型向量之间的点积，{u
i
}
test
为试验获得的模态振型向量，为试验模态振型向量转置，{u
i
}
sim
为仿真获得的模态振型向量。
[0030]
为达到上述目的，本发第二方面实施例提出了一种密封条分段线性刚度的等效计算装置，包括：参数辨识模块，用于通过单轴拉伸试验数据对密封条所采用的3阶ogden本构模型参数辨识，得到应力
‑
应变曲线；等效求解模块，用于采用非线性有限元方法计算车门平衡状态密封条各位置压缩量，将密封条按照间隔100mm分段，结合所述应力
‑
应变曲线将
每段密封条进行cld试验得到测试结果，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
[0031]
本发明实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算装置，通过试验所得本构关系参数拟合，并结合先进的数值仿真技术，计算出密封条各个分段的等效刚度，并使用分段等效线性刚度值建立等效弹簧单元用于车门系统模态分析及预测，且所预测出的车门系统每阶模态频率和振型与试验的误差均小于传统常值刚度方法，降低频率累计误差，降低mac累计误差。
[0032]
另外，根据本发明上述实施例的密封条分段线性刚度的等效计算装置还可以具有以下附加的技术特征：
[0033]
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述等效求解模块具体用于：建模单元，用于利用8节点六面体线性减缩积分单元和3阶ogden本构模型对所述密封条进行建模；测试单元，用于利用拉压试验机测试所述密封条得到cld 曲线，以获取压缩载荷与压缩量对应关系；求解单元，用于取平衡状态下建模后的密封条上任一点，结合所述应力
‑
应变曲线求解压缩量和对应的受扰压缩量变化；等效求解单元，用于将密封条按照间隔100mm分段，将每段密封条等效为一个弹性弹簧，结合每段压缩量和对应的受扰压缩量变化，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
[0034]
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：构建模块，用于根据所述等效线性刚度构建车门无阻尼自由振动方程，求解模态振型向量；评价模块，通过模态置信准则对所述模态振型向量进行评价，确定车门模态分析精度以进行车门系统模态预测。
[0035]
为达到上述目的，本发第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0036]
为达到上述目的，本发第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的方法的步骤。
[0037]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0038]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0039]
图1是本发明一个实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法的流程图；
[0040]
图2是本发明一个实施例的使用拉伸试验机对密封条进行单轴拉伸试验示意图；
[0041]
图3是本发明一个实施例的密封条压缩量计算模型；
[0042]
图4是本发明一个实施例的拉压试验机试验示意图；
[0043]
图5是本发明一个具体实施例的名义应力
‑
应变曲线图；
[0044]
图6是本发明一个具体实施例的变形量监测点位置示意图；
[0045]
图7是本发明一个实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算装置的结构示意图。
具体实施方式
[0046]
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0047]
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法、装置、计算机设备及存储介质，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法。
[0048]
图1是本发明一个实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法的流程图。
[0049]
如图1所示，该一种密封条分段线性刚度的等效计算方法包括以下步骤：
[0050]
在步骤s1中，通过单轴拉伸试验数据对密封条所采用的3阶ogden本构模型参数辨识，得到应力
‑
应变曲线。
[0051]
具体地，如图2所示，本发明实施例使用拉伸试验机对密封条进行单轴拉伸试验，试验温度为常温，如果需要非常温测试，在单轴拉伸试验前需控制实验室温度待测温度，并将样件放置在实验室3小时后再进行试验，然后通过简化后的等轴拉伸试验ogden应变能函数、柯西主应力与应变能函数、拉伸方向名义应力σ
nom
和名义应变ε
nom
与延伸率λ和柯西应力δ之间关系，得出3阶ogden形式名义应力
‑
应变曲线表达式为：
[0052][0053]
其中，μ
i
和δ
i
均为与材料相关参数，可以利用单轴拉伸试验数据拟合得到，即通过将测试得到的应力
‑
应变曲线带入上式中，拟合得到u
i
和α
i
的值，三组试验后取测得的拉力和位移的平均值，通过数据处理得到名义应力σ
nom
和名义应变ε
nom
样本点数据。
[0054]
定义误差函数为：
[0055][0056]
式中，σ
nom..j
和ε
nom..j
分别为单轴拉伸试验获取的名义应力样本点和应变样本点。
[0057]
在步骤s2中，采用非线性有限元方法计算车门平衡状态密封条各位置压缩量，将密封条按照间隔100mm分段，结合应力
‑
应变曲线将每段密封条进行 cld试验得到测试结果，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
[0058]
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s2具体包括：
[0059]
步骤s201，利用8节点六面体线性减缩积分单元和3阶ogden本构模型对密封条进行建模。
[0060]
步骤s202，利用拉压试验机测试密封条得到cld曲线，以获取压缩载荷与压缩量对应关系。
[0061]
步骤s203，取平衡状态下建模后的密封条上任一点，结合应力
‑
应变曲线得到压缩量和对应的受扰压缩量变化。
[0062]
步骤s204，将密封条按照间隔100mm分段，将每段密封条等效为一个弹性弹簧，结合每段压缩量和对应的受扰压缩量变化，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
[0063]
具体地，本发明的一个实施例中，如图3所示，为密封条压缩量计算模型为所示的
带有完整左前车门和门框的有限元模型，车身钣金件使用10mm壳单元建模，密封条用8节点六面体线性减缩积分单元并使用拟合出的3阶 ogden本构模型建模，其中，定义密封条与钣金件之间以及锁扣和棘轮棘爪之间接触对，车身截断位置全约束，车门开启5度时给车门施加1.89rad/s的初始角速度使车门关闭，车门完全关闭并且静止时即为平衡状态，进而计算可获得平衡状态车辆密封条上各点压缩量并记为{u0}。
[0064]
然后，如图4所示，密封条样件截取100mm安装于下工装表面并固定，上工装面以30mm/min的速度垂直向下压缩密封条，用于密封条压缩的上下工装面需要与实车状态下的压缩面保持一致，反复压缩2～3次稳定后，以0～6mm 压缩行程试验并记录试验数据，从而得到密封条的cld曲线，以获取压缩载荷f和压缩量u的对应关系，取平衡状态密封条上任一点，记其压缩量为u
01
，受扰压缩量变化为ε。
[0065]
将f＝f(u)在平衡位置对ε泰勒级数展开得：
[0066][0067]
其中，当密封条在平衡状态下发生线性振动时ε为小量，则可忽略上式高阶小量，简化得：
[0068][0069]
由上式可得平衡状态等效线性刚度由于f(u)为未知函数，在工程问题中可通过密封条cld在压缩量为u
01
位置的割线近似。
[0070][0071]
式中，u
i
和u
j
为cld曲线中u
01
附近的压缩量，f
i
和f
j
为对应的压缩载荷。κ即为密封条在平衡状态线性化刚度，通过有限元计算可获得u
01
，通过cld 试验可获得u
i
、u
j
、f
i
、f
j
，再利用上式便可得到等效线性刚度κ。
[0072]
再将整圈密封条按照间隔100mm分段并将每段等效成一个弹性弹簧，再结合应力
‑
应变曲线、每段压缩量、cld曲线和线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条等效线性刚度，并将此刚度用于车门系统模态预测。
[0073]
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：
[0074]
步骤s3，根据等效线性刚度构建车门无阻尼自由振动方程，求解模态振型向量；
[0075]
步骤s4，通过模态置信准则对模态振型向量进行评价，确定车门模态分析精度以进行车门系统模态预测。
[0076]
具体地，在本发明的一个实施例中，建立车门总成有限元模型，通过有限元组装方法得到总成的整体质量矩阵[m]和整体刚度矩阵[k]，步骤s3中的车门无阻尼自由振动方程为：
[0077][0078]
其中，[m]为质量矩阵，[k]为刚度矩阵，包括等效线性刚度及车门系统模型中其它刚度，求解式上式可得n阶特征值ω
i
(i＝1,2,3,...,n)和每阶特征值对应的特征向量{u
i
}
sim
(i＝1,2,3,...,n)，特征值即振动频率，特征向量为模态振型向量。
[0079]
进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s4中具体评价为：
[0080][0081]
其中，mac为振型向量之间的点积，用来评价两个振型向量几何上的相关性，为试验获得的模态振型向量，为试验模态振型向量转置，{u
i
}
sim
为仿真获得的模态振型向量，若{u
i
}
test
与{u
i
}
sim
线性相关，则mac值接近1，若两者线性独立，则mac值近似为0。
[0082]
下面通过一个具体实施例对本发明的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法做进一步描述。
[0083]
步骤一，如图5所示，用材料拉伸试验机对车身侧和车门侧密封条进行材料拉伸试验，并对试验数据处理后得到名义应力
‑
应变曲线；
[0084]
步骤二，密封条本构模型使用3阶ogden模型，采用levenberg
‑
marquardt 非线性算法拟合材料拉伸试验数据，得到下表中本构模型参数：
[0085]
本构模型参数
[0086][0087]
如图6所示，使用半车有限元模型计算平衡状态密封条压缩量，车身侧和车门侧密封条均使用3阶ogden本构模型及上表中参数，每隔100mm设置监测点输出密封条变形量，车门侧密封条筛选出4个位置进行cld试验，车身密封条侧筛选出下图中编号12(截面1)和编号26(截面2)两个位置进行 cld试验。
[0088]
这些位置的cld可以代表整圈密封条cld特性。，根据截面1和截面2 位置cld测试结果及各部位压缩量利用式，
[0089][0090]
可以获得密封条各点等效刚度，可见利用分段线性刚度等效方法得到的各编号点刚度值不再是常值。车身侧和车门侧密封条均使用分段等效线性刚度值建立等效弹簧单元用于车门系统模态分析。定义每阶车门系统模态频率仿真值与试验值的差值为频率误差，前10阶频率误差之和为累计频率误差；定义每阶车门模态mac值与1的差值为振型误差，前10阶振型误差之和为累计振型误差。分段线性刚度等效法所预测出的车门系统每阶模态频率和振型与试验的误差均小于传统常值刚度方法，频率累计误差降低5hz，mac累计误差降低0.53。
[0091]
根据本发明实施例提出的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法，采用单轴拉伸试验测试密封条应力
‑
应变曲线，采用3阶odgen本构模型描述密封条的非线性性质，从而
得到不同压缩量状态下的密封条线性等效刚度，采用分段等效的方法将密封条根据压缩量变化分为若干段，对不同压缩量的密封条赋予不同的刚度值，以此建立高精度的分段线性密封条等效模型，同时可用于车门系统模态分析及预测，且所预测出的车门系统每阶模态频率和振型与试验的误差均小于传统常值刚度方法，降低频率累计误差，降低mac累计误差。
[0092]
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的一种密封条分段线性刚度的等效计算装置。
[0093]
图7是本发明一个实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算装置的结构示意图。
[0094]
如图7所示，该装置10包括：参数辨识模块100和等效求解模块200。
[0095]
其中，参数辨识模块100用于通过单轴拉伸试验数据对密封条所采用的3 阶ogden本构模型参数辨识，得到应力
‑
应变曲线。等效求解模块200用于采用非线性有限元方法计算车门平衡状态密封条各位置压缩量，将密封条按照间隔100mm分段，结合应力
‑
应变曲线将每段密封条进行cld试验得到测试结果，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
[0096]
进一步地，在本发明的一个实施例中，等效求解模块200具体用于：
[0097]
建模单元，用于利用8节点六面体线性减缩积分单元和3阶ogden本构模型对密封条进行建模。测试单元，用于利用拉压试验机测试密封条得到cld 曲线，以获取压缩载荷与压缩量对应关系。求解单元，用于取平衡状态下建模后的密封条上任一点，结合应力
‑
应变曲线求解压缩量和对应的受扰压缩量变化。等效求解单元，用于将密封条按照间隔100mm分段，将每段密封条等效为一个弹性弹簧，结合每段压缩量和对应的受扰压缩量变化，利用线性刚度等效算法求解平衡状态每段密封条的等效线性刚度。
[0098]
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：构建模块300，用于根据等效线性刚度构建车门无阻尼自由振动方程，求解模态振型向量。评价模块 400，通过模态置信准则对模态振型向量进行评价，确定车门模态分析精度以进行车门系统模态预测。
[0099]
需要说明的是，前述集中在一种密封条分段线性刚度的等效计算方法实施例的解释说明也适用于本发明实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算装置，其实现原理类似，在此不再赘述。
[0100]
根据本发明实施例提出的一种密封条分段线性刚度的等效计算装置，采用单轴拉伸试验测试密封条应力
‑
应变曲线，采用3阶odgen本构模型描述密封条的非线性性质，从而得到不同压缩量状态下的密封条线性等效刚度，采用分段等效的方法将密封条根据压缩量变化分为若干段，对不同压缩量的密封条赋予不同的刚度值，以此建立高精度的分段线性密封条等效模型，同时可用于车门系统模态分析及预测，且所预测出的车门系统每阶模态频率和振型与试验的误差均小于传统常值刚度方法，降低频率累计误差，降低mac累计误差。
[0101]
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如前述实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法。
[0102]
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上
存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例的一种密封条分段线性刚度的等效计算方法。
[0103]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0104]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0105]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0106]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或n个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0107]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0108]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0109]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0110]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。