一种车身大面板加强筋的结构优化方法与流程

1.本发明涉及汽车，具体涉及一种车身大面板加强筋的结构优化方法。


背景技术：

2.汽车nvh性能是用户对整车品质最直接的感受，其水平体现了汽车的设计、制造质量，是影响车辆市场表现情况的重要因素之一。由路面引起的车内振动噪声问题是汽车nvh性能的重要组成部分，特别是对于新能源车型来说，无发动机背景噪声的掩盖，道路噪声问题将变得尤为突出；近年来汽车道路噪声的千台客户抱怨数(tgw)越来越严重，通过tgw大数据分析发现低频“敲鼓声”问题是客户常见的抱怨之一。通过多个项目cae仿真分析及试验验证已经明确：产生低频“敲鼓声”问题的主要原因是由于车身大面板(地板、顶棚、备胎池、背门等)模态与声腔模态产生耦合，在车内形成类似“敲鼓”的声音。人们便于与其他nvh声音进行区分，形象的称其为低频“敲鼓声”。针对低频“敲鼓声”问题，各大主机厂已有比较成熟的解决办法：通过车身大面板模态的优化来实现问题的规避。
3.针对车身大面板结构的设计优化，目前主机厂的主流做法是：产品工程师根据标杆车/参考车设计出初始结构；仿真分析工程师依据个人经验，参考模态贡献量/面板贡献量分析车身大面板敏感区域，通过在结构敏感区域增加连接件/加强件或者调整加强筋的布置方式对车身大面板模态进行优化。增加连接件/加强件可以快速提高大面板的模态，但成本相对较高；优化加强筋的布置方式既不增加零件成本，也不会影响工艺节拍，方便实惠，在工程中被广泛应用。优化加强筋的布置可以提高车身大面板模态，基本可以解决“敲鼓声”问题，但是现行的主流优化方法存在以下问题：对车身大面板加强筋布置的优化，完全依据分析工程师的经验，需要经过反复“尝试”才能找出相对较好的布置方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种车身大面板加强筋的结构优化方法，以减轻或消除至少一个上述的技术问题。
5.本发明所述的一种车身大面板加强筋的结构优化方法，包括以下步骤：
6.s1、整车有限元建模：
7.建立整车nvh仿真分析有限元模型；
8.s2、道路振动噪声仿真分析：
9.基于整车nvh仿真分析有限元模型和路面随机激励，在轮胎模型的接地点加载激励，进行低频道路振动噪声仿真分析，得到车内驾驶员右耳及后排右侧乘客右耳的噪声响应；
10.s3、问题原因分析及识别：
11.将s2中得到的噪声响应与目标值进行比较，确认问题频段，针对问题频段结合面板贡献量和模态参与因子分析，确认引起噪声问题的关键面板和关键模态；
12.s4、模型截取及模态分析：
13.截取关键面板模型并磨平关键面板模型原有的加强筋，按照车身原有约束方式对关键面板模型进行约束，求解关键面板模型的约束模态，找到与s3中关键模态最接近的约束模态；
14.s5、形貌优化分析：
15.基于s4中截取的关键面板模型和找到的约束模态进行形貌优化，得到关键面板加强筋的优化方案；
16.s6、优化结果验证：
17.将s5中得到的关键面板加强筋的优化方案代入s1中建立的整车nvh仿真分析有限元模型中，计算道路噪声结果，验证优化方案是否满足性能要求；若优化方案不能满足性能要求，则返回s5重新进行优化设计，直至优化方案满足性能要求。
18.可选的，所述s5中形貌优化的目标是：使关键面板模型的1阶模态频率最大且优于基础结果。
19.可选的，所述s5包括以下步骤：
20.s501、确定关键面板模型的可设计区域，将可设计区域内的有限元单元及其属性单独放入一个组内，并将此部分网格进行细化；
21.s502、对关键面板模型进行加强筋形貌优化参数设定；
22.s503、对关键面板模型进行约束和求解设置，优化变量为加强筋的布置方式，找到与s4中找到的约束模态最接近的优化约束模态；
23.s504、若优化约束模态优于s4中找到的约束模态，则形成关键面板加强筋的优化方案；否则返回s502调整形貌优化参数，直至优化约束模态优于s4中找到的约束模态。
24.可选的，形貌优化参数包括加强筋宽度、起筋角度、起筋高度和起筋方向。
25.可选的，在所述s6中，若优化方案不能满足性能要求，则调整关键面板模型的可设计区域并返回执行s5。
26.本发明通过形貌优化分析技术可快速设计关键面板加强筋最优布置方式，改善以往分析工程师凭个人经验反复尝试并且无法精准设计关键面板加强筋布置方式的传统主流优化方法，保证关键面板结构、性能等一次设计合格，具有效率高和成本低的优点，有效降低后期设计变更带来的研发周期加长、研发费用增加的风险。本发明降低了低频“敲鼓声”问题的优化难度，提高了优化效率，能够帮助设计人员快速解决“敲鼓声”问题。
附图说明
27.图1为具体实施方式中所述的车身大面板加强筋的结构优化方法的流程图；
28.图2为具体实施方式中截取的备胎池模型的示意图；
29.图3为具体实施方式中备胎池模型的可设计区域的示意图；
30.图4为具体实施方式中形貌优化后的备胎池模型的结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作进一步说明。
32.如图1所示的一种车身大面板加强筋的结构优化方法，包括以下步骤：
33.s1、整车有限元建模：
34.根据整车nvh仿真分析需要，建立整车nvh仿真分析有限元模型。
35.s2、道路振动噪声仿真分析：
36.基于整车nvh仿真分析有限元模型和路面随机激励，在轮胎模型的接地点加载激励，进行低频道路振动噪声仿真分析，得到车内驾驶员右耳及后排右侧乘客右耳的噪声响应。
37.s3、问题原因分析及识别：
38.将s2中得到的噪声响应与目标值进行比较，确认导致低频“敲鼓声”的问题频段，针对问题频段结合面板贡献量和模态参与因子分析，确认引起噪声问题的关键面板和关键模态；在本实施例中以备胎池作为关键面板为例进行说明。
39.s4、模型截取及模态分析：
40.如图2所示，在整车nvh仿真分析有限元模型中截取备胎池模型并磨平备胎池模型原有的加强筋，按照车身原有约束方式对备胎池模型进行约束(约束车身连接位置123方向自由度，即约束车身连接位置tx、ty、tz自由度)，求解备胎池模型的约束模态，找到与s3中关键模态最接近的约束模态。
41.s5、形貌优化分析：
42.基于s4中截取的备胎池模型和找到的约束模态进行形貌优化，得到备胎池加强筋的优化方案，使备胎池模型的1阶模态频率最大且优于基础结果,基础结果是指s4中找到的约束模态；
43.具体的，形貌优化分析包括以下步骤:
44.s501、如图3所示，确定备胎池模型的可设计区域，将可设计区域内的有限元单元及其属性单独放入一个组内，并将该组内的有限元单元的网格进行细化，网格由原来的10mm
×
10mm细化为5mm
×
5mm；
45.s502、对备胎池模型进行加强筋形貌优化参数设定,形貌优化参数包括加强筋宽度、起筋角度、起筋高度和起筋方向，形貌优化参数初始值为：加强筋宽度12mm，起筋角度：60deg，起筋高度：15mm，起筋方向：单位法向；
46.s503、对备胎池模型进行约束和求解设置，具体的，按照车身原有约束方式对备胎池模型进行约束，求解备胎池模型的约束模态，找到与s4中找到的约束模态最接近的约束模态即为优化约束模态；
47.s504、若优化约束模态优于s4中找到的约束模态，即迭代过程收敛,则形成如图4中所示的备胎池加强筋的优化方案；否则返回s502调整形貌优化参数，进行迭代优化，直至优化约束模态优于s4中找到的约束模态。优化变量为加强筋的布置方式，优化目标为备胎池模型1阶模态频率最大化。
48.s6、优化结果验证：
49.将s5中得到的备胎池加强筋的优化方案代入s1中建立的整车nvh仿真分析有限元模型中，计算道路噪声结果，验证优化方案是否满足性能要求；若优化方案不能满足性能要求，则调整备胎池模型的可设计区域的范围并返回执行s5直至优化方案满足性能要求。具体的，将优化方案的道路噪声仿真分析结果与s2中的道路噪声仿真结果进行比较，若优化方案的道路噪声仿真分析结果优于s2中的道路噪声仿真结果，则实施优化方案；若优化方案的道路噪声仿真分析结果差于s2中的道路噪声仿真结果，则调整备胎池模型的可设计区
域的范围并返回执行s5直至优化方案满足性能要求。