车身有限元模态分析与试验模态分析比较

利用CFAST单元模拟焊点白车身模态分析王力;臧孟炎;邓雄志;毕锦烟【摘要】CFAST类型焊点单元在建模时不要求网格节点对齐,是一种效率较高的焊点模型.但是CFAST单元在车身模态分析方面的应用研究较少.详细讨论了CFAST 单元的使用方法,并利用CFAST模拟焊点建立某A级轿车白车身模型进行模态分析.有限元模态分析与模态试验结果的对比表明,CFAST单元模拟焊点,在模态分析中具有较高的计算精度.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2014(004)002【总页数】5页(P125-129)【关键词】CFAST;焊点;白车身;模态分析【作者】王力;臧孟炎;邓雄志;毕锦烟【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东,广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东,广州511434;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东,广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东,广州511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东,广州511434【正文语种】中文【中图分类】U463.82+1CAE技术在汽车行业的应用日益成熟。

通过CAE技术的应用，使整车开发周期大为缩短，开发效率大幅提高。

同时，技术人员通过大量的工作，使有限元模型能够得到更加准确的计算结果，进一步提升仿真驱动设计的能力[1]。

在焊点模拟方面，早期的处理方式是采用CBAR、RBE2等刚性单元模拟[2]，这种类型单元要求所焊接的两层壳单元之间节点对齐，因此需要在建立焊点时重新划分局部网格。

对于拥有4 000～6 000焊点的白车身而言，这将带来大量的工作。

为此，MSC Software公司先后推出了ACM2、CWELD和CFAST单元，这3种焊点单元在建模时均不要求单元的节点严格对齐，具有很高的效率[3-4]。

关于ACM2和CWELD焊点单元的应用，技术人员进行了大量的研究[5-9]，但是CFAST单元的应用研究较少。

模态试验和有限元计算结果差别分析通过模态试验和之前有限元分析结果对比，发现试验和仿真得到的模态结果有所差异，这主要与以下一些因素有关：材料参数在仿真计算中材料弹性模量和泊松比一般为查手册得到的材料参数，有时材料参数为一个区间，在这些材料参数选择中与实际机床结构材料参数特性有差异。

边界条件约束不同（主要原因）在通过有限元进行结构模态分析时，对于床身部件一般采用地脚螺栓面的固定约束，而在实际模态测试中，床身底部是通过垫铁支撑，对于床身实际位移约束能力比地脚螺栓固定小很多，因此在仿真分析中不会出现床身整体的侧向摆动，而在试验测试中就可能会出现这种情况。

另外，在圆柱齿轮磨齿机仿真分析中仅对床身模型进行分析，而实际模态测试中床身上部已经安装了立柱，工作台等部件，边界条件与仿真有所差异。

立柱部件在仿真中一般通过底部丝杠螺母约束前后运动，直线导轨约束另外两个方向运动。

在实际模态测试中圆柱齿轮磨齿机立柱未开启静压，实际处于仅有底部支撑的约束状态，拉刀磨床立柱初步安装在后床身上，同样未完全约束，与仿真中设置的边界条件都有所差异。

另外，圆柱齿轮磨齿机的立柱部件已经安装前部滑座和磨具等部件，这与仿真中仅分析立柱机构本身的情况有所不同。

仿真结合面处理和实际情况不同在仿真计算中由于缺少结合面刚度和阻尼参数数据，在结合面处理中滑动连接（如直线导轨）采用不分离无摩擦模拟，固定连接（如螺栓连接）采用粘接处理。

这些处理方式与机床结构实际结合面状态不同，对结构模态分析结果造成影响。

可以通过进一步的试验技术，对运动结合面（直线导轨，静压导轨等）和固定结合面（螺栓连接）进行模态参数识别，得到其刚度和阻尼参数，进而完善有限元计算模型，提高仿真计算精度。

部件实际质量差别对于修整器等部件进行仿真分析时，由于缺少电机，轴承等标准件和外购件模型，只保留主体结构件进行模态仿真。

在实际模态测试中，修整器部件中已经安装电机等零部件，相当于质量增加，结构改变，所以会与仿真结果有所差异。

车身有限元模态分析与试验模态分析比较Comparison of the FEM Modal Analysis and Test Modal Analysis forBody of Mini-Truck周定陆(长安汽车公司技术中心汽车工程设计所)摘要:本文利用MSC.Nastran有限元分析软件和MSC.Patran前后处理软件，微型货车车身进行了FEA建模，并进行了车身模态的理论计算分析，理论模态分析结果与试验模态分析结果进行了对比，对比结果证明了理论分析和试验分析的一致性非常好，这说明了此部分的分析工作完全可以利用计算机来代替试验室的大量同类试验工作，并且可以在还没有设计样车的设计过程中进行。

关键词：汽车、车身、模态分析Abstract: In this paper, a FEA model of a mini-truck was established and the FEM modal frequencies of BIW was analyzed by author with MSC.Nastran analyzing software and MSC.Patran pre/post processing software. Compared results of calculating and testing modal analysis. It is proved that calculating and testing results almost is the same. This means calculating modal analysis in computer can replace testing modal analysis in laboratory and doing it without design prototype of a mini-truck.Keyword: Automobile/Body in white/Modal analysis1前言在汽车产品设计中，预先掌握所设计产品的动态特性，从动态角度对产品进行设计，使所设计的产品满足动态要求，是非常重要的。

汽车车身模态分析研究综述北京信息科技大学研1202班姓名：曹国栋学号：2012020045摘要：车身是汽车的关键总成。

它的构造决定了整车的力学特性，对白车身进行模态分析不仅能考察车身结构的整体刚度特性，而且可以指导人们对车身结构进行优化以及响应分析。

因此，研究车身模态分析具有重要的意义。

本文综述了近几年国内外在车身模态分析领域内的研究，总结了研究理论和试验方法，并进行归纳。

最后，对未来的研究工作提出了一些展望。

关键词：车身；模态分析；有限元模态；试验模态；结构优化0 前言随着计算机技术的发展和仿真技术、有限元分析技术的提高，计算机辅助设计和分析技术几乎涵盖了涉及汽车性能的所有方面，如刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等，各种计算机辅助设计软件为汽车设计提供了一个工具平台，极大地方便了汽车的设计。

车辆在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等。

如果这些振源的激励频率接近于车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏。

为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身结构的固有频率进行分析，通过结构设计避开各种振源的激励频率。

车身结构模态分析是新车型开发中有限元法应用的主要领域之一，是新产品开发中结构分析的主要内容。

尤其是车身结构的低阶弹性模态，它不仅反映了汽车车身的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。

有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识汽车结构动态性能的一种有效的手段，在汽车车身动态性能研究中得到了广泛应用。

采用有限元方法对白车身进行模态分析，识别出车身结构的模态参数，并通过模态试验验证了有限元模型的正确性，为改型设计提供参考依据，是汽车开发设计与优化的一般流程。

因此，研究车身结构模态分析，进行车身轻量化设计和优化，对于提高国产轿车的自开发与科技创新能力，具有重要的理论意义和工程实用价值。

10.16638/ki.1671-7988.2019.14.044某商用车白车身仿真模态与试验对标邢建，高志彬*，张明，郝大亮，陈守佳（青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛266520）摘要：文章通过对某车型白车身仿真模态与试验模态的对比分析，以试验模态数据为真实数据作参考，对试验与仿真中局部应变能和位移较大位置进行分析并加以改进，优化后的仿真模态参数与试验模态参数基本一致，最终结果符合要求。

此方法可缩短研发周期，提高仿真结果的准确性。

关键词：白车身；仿真模态；试验模态；优化中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)14-135-03Simulation Modal and Test Benchmarking of a Commercial Vehicle's Body-in-White Xing Jian, Gao Zhibin*, Zhang Ming, Hao Daliang, Chen Shoujia ( School of Mechanical & Automotive Engineering Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520 ) Abstract: Based on the comparative analysis of simulation modal and test modal of a car body-in-white, and taking the test modal data as a reference, the local strain energy and displacement position in the test and simulation are analyzed and improved. The optimized simulation modal parameters are basically consistent with the test modal parameters, and the final results meet the requirements. This method can shorten the development cycle and improve the accuracy of simulation results. Keywords: White body; Simulation mode; Test mode; OptimizationCLC NO.: U463.82 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)14-135-03引言随着计算机科学的发展与完善，有限元分析越来越多的应用在了汽车领域。

基于b的车身模态有限元分析及试验验证王永利赵永宏周文超一汽技术中心摘要：车身模态分析就是研究车身振动特性的主要方法，其具体研究方式可分为试验模态分析和有限元模态分析两种方法。

基于有限元方法的模态分析，由于在建模过程中引进了一系列人为假设，因而导致了计算结果存在误差。

而试验模态分析是建立在试验基础上，所得到的动态特征参数则比较真实地反映了物理模型的的动力学特性。

本文分别用两种方法对乘用车白车身的模态进行分析计算，并对两种方法计算的结果进行对比验证。

进而为模态灵敏度分析、模态修正以及FEM校正等工作奠定了基础。

关键词：白车身模态分析试验模态有限元模态模态验证1.前言车辆在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等。

如果这些振源的激励接近车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏，为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身的振动特性进行分析，通过结构设计避免开各种振源的激励频率。

车身的模态分析技术就是解决车身振动问题最有效、最经济的方法。

车身的模态分析技术分为有限元模态分析和试验模态分析。

这两个方面的运用和发展相辅相成，能有效车身结构的振动问题。

特别是计算机技术的高速发展，有限元分析技术成熟的应用，在车身概念设计间段就可以对车身的振动特性进行详细的分析预测，对结构的设计更改提供可靠的数据，这样大大缩短了汽车的开发周期，降低开发成本。

有限元模型的建立，在边界条件的处理及力学模型的简化上，往往与实际结构相差较大，这样便会导致有限元模型的计算结果不可靠，失去实用价值。

用试验模态分析的模态参数对有限元模态分析的结果进行验证并修正有限元模型，使其更能符合实际从而提高有限元分析的精度。

本文对乘用车白车身的模态首先进行有限元分析，然后对对白车身样车进行试验模态分析，用试验模态参数对有限元模型计算结果进行对比分析验证。

第一作者：祝慧，女，1982年
生，硕士，现从事车身设计工
作。

，材料属性如表1所示。

模拟中为自由模态分析，不施加任何边界条件。

表1 白车身模型材料属性
泊松比-3
密度，kg·mm
0.3 0.4
-6 7.85×10
-6 1.00×10
图1 白车身有限元模型
3.2 试验模型的建立
试验前做了大量的准备工作，包括选择悬挂点、制作连接件、调整悬挂位置、选择激振点、定位测点等，正式试验前还进行了预备性试验，以确保整套测试系统包括测量方法和试验条件的可靠有效。

此次试验采用了多点激振下的三向传感器测试，激振信号采用随机触发信号。

(图3 试验驾驶室
图4 试验模型测点布置图
白车身有限元模态频率、试验模态频率及振型描述如表2所示，从表2可看出，一阶扭转与二阶扭转的模态频率误差相差较大，在10%之内；两者一阶弯曲模态频率相差4.7%，而两者在驾驶室膨胀与整体上下弯曲的模态频率误差较小约3%，顶棚二阶纵图2 模态试验测试分析系统连接关系示意图
. All Rights Reserved.
59
图5 一阶扭转分析模态 图6 一阶扭转试验模态 图7 一阶弯曲分析模态 图8 一阶弯曲试验模态
图9 二阶扭转分析模态图10 二阶扭转试验模态(上接第69页)
4.3 附件舱
附件舱包括灭火器存放舱、消防演示5.2 消防演示系统
消防演示系统由灭火器、消防带、煤
. All Rights Reserved.。

模态试验和有限元计算结果差别分析通过模态试验和之前有限元分析结果对比，发现试验和仿真得到的模态结果有所差异，这主要与以下一些因素有关：材料参数在仿真计算中材料弹性模量和泊松比一般为查手册得到的材料参数，有时材料参数为一个区间，在这些材料参数选择中与实际机床结构材料参数特性有差异。

边界条件约束不同（主要原因）在通过有限元进行结构模态分析时，对于床身部件一般采用地脚螺栓面的固定约束，而在实际模态测试中，床身底部是通过垫铁支撑，对于床身实际位移约束能力比地脚螺栓固定小很多，因此在仿真分析中不会出现床身整体的侧向摆动，而在试验测试中就可能会出现这种情况。

另外，在圆柱齿轮磨齿机仿真分析中仅对床身模型进行分析，而实际模态测试中床身上部已经安装了立柱，工作台等部件，边界条件与仿真有所差异。

立柱部件在仿真中一般通过底部丝杠螺母约束前后运动，直线导轨约束另外两个方向运动。

在实际模态测试中圆柱齿轮磨齿机立柱未开启静压，实际处于仅有底部支撑的约束状态，拉刀磨床立柱初步安装在后床身上，同样未完全约束，与仿真中设置的边界条件都有所差异。

另外，圆柱齿轮磨齿机的立柱部件已经安装前部滑座和磨具等部件，这与仿真中仅分析立柱机构本身的情况有所不同。

仿真结合面处理和实际情况不同在仿真计算中由于缺少结合面刚度和阻尼参数数据，在结合面处理中滑动连接（如直线导轨）采用不分离无摩擦模拟，固定连接（如螺栓连接）采用粘接处理。

这些处理方式与机床结构实际结合面状态不同，对结构模态分析结果造成影响。

可以通过进一步的试验技术，对运动结合面（直线导轨，静压导轨等）和固定结合面（螺栓连接）进行模态参数识别，得到其刚度和阻尼参数，进而完善有限元计算模型，提高仿真计算精度。

部件实际质量差别对于修整器等部件进行仿真分析时，由于缺少电机，轴承等标准件和外购件模型，只保留主体结构件进行模态仿真。

在实际模态测试中，修整器部件中已经安装电机等零部件，相当于质量增加，结构改变，所以会与仿真结果有所差异。

20AUTO TIMEFRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨某SUV 白车身模态仿真与试验对标分析唐余林　张红军　单福奎　王朝建　李华彬　王振新宜宾凯翼汽车有限公司 四川省宜宾市 644000摘 要： 以某SUV 白车身为研究对象，基于有限元和试验模态分析理论，建立有限元和几何模型，分析结果。

对比有限元分析模态与试验模态，白车身有限元模型的有效性得以验证，并对两者结果的差异性进行分析。

通过仿真手段对白车身进行分析，可缩短开发周期、降低成本有重要意义，对白车的设计开发有指导作用。

关键词：白车身　模态　仿真　试验汽车在行驶过程中车身会受到外部激励而产生振动，当外部激励与车身系统固有频率一致或接近时将引起共振，共振将导致剧烈振动并产产生结构噪声，还会对车辆部件的耐久可靠性产生严重影响[1]。

故，车身开发前期需对车身模态进行控制，白车身的扭转模态和弯曲模态是车身设计的主要指标，一阶扭转模态频率和一阶弯曲模态频率的高低基本上可以定性的反映扭转刚度和弯曲刚度。

车身开发完成后，可通过试验手段得到车身固有频率、模态振型和阻尼，以评价车身设计是否满足前期定义的工程开发指标。

但必须在白车身装配完成后才能进行试验模态分析，试验模态分析无法在开发前期指导车身结构设计，而有限元分析在车身开发前期便能为结构设计提供指导，两种途径的研究密切相关。

文章对某SUV 白车身通过有限元分析与试验模态分析相结合，得出两者模态，最终，试验模态结果验证有限元模型精度，为车身结构设计提供参考依据[2]。

1　理论模态分析理论模态分析法的变换矩阵以模态矩阵基础，自然坐标基于原物理坐标变换而来，通过变换得到一组互相独立的二阶常微分方程，对该常微分方程方程用单自由度系统的振动方程求解，从而得到自由系统各阶模态的振动，再通过模态叠加原理，回到原来的物理坐标[3-4]。

白车身系n 个自由度的无阻尼振动系统，由于系统的激励和阻尼为零，则系统运动方程可表示为：（1）其中，M 和K 分别为白车身系统的质量和刚度矩阵；和分别为节点的加速度和位移向量，式（1）是常系数线性齐次常数微分方程组，其解的形式为：（2）将式（2）带入式（1），有，由于不能恒等于零，则应有，即：（3）式（3）为式（1）系统的特征方程。

轿车白车身模态试验与有限元模态分析的对比
廖林清;徐科峰;雷刚;屈翔
【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(023)001
【摘要】以某轿车白车身为研究对象,利用模态试验分析方法研究该白车身的振动,用随机信号对白车身进行激励,测得固有频率、阻尼、振型等模态参数.并与该白车身的有限元模态分析结果进行对比,用分析结果的差别评价该白车身动态特性.【总页数】5页(P11-14,66)
【作者】廖林清;徐科峰;雷刚;屈翔
【作者单位】重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重庆,400050;重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重
庆,400050;重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重
庆,400050;重庆工学院,重庆汽车学院,车辆模拟与试验工程技术研究中心,重
庆,400050
【正文语种】中文
【中图分类】U463
【相关文献】
1.管梁式车身骨架模态试验与有限元模态分析对比 [J], 张怡;朱玉强
2.某轿车白车身模态试验分析研究 [J], 张华鑫;童敏勇
3.某轿车白车身模态试验方法分析研究 [J], 汪坤;潘绍飞
4.某轿车白车身模态试验方法分析研究 [J], 汪坤;潘绍飞;
5.轿车白车身的有限元模态与试验模态分析研究 [J], 仇彬;张代胜;张林涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于Hypermesh和灵敏度分析的某车型车门轻量化设计Geng Shaofei;Xiang Yu;Shi Ziyu【摘要】为改善某车型车门结构的动、静态性能,通过建立车门的有限元模型,进行了有限元模态分析和试验模态分析,并将有限元计算模态与试验模态进行对比以验证有限元模型的正确性;进而采用灵敏度分析方法筛选出影响车门性能的主要部件,使用最优拉丁超立方设计方法对其厚度进行采样,然后以车门刚度和模态频率为约束条件,以车门总质量极小化为目标函数,构建响应面数学模型,最后选用二次序列规划法对车门结构进行优化,结果表明,优化后车门质量降低的情况下,刚度和动态性能均得到了有效改善和提高.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)023【总页数】5页(P234-238)【关键词】结构优化;灵敏度分析;最优拉丁超立方设计;响应面模型【作者】Geng Shaofei;Xiang Yu;Shi Ziyu【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】U462引言车门作为汽车重要开闭件之一，也是使用最为频繁的总成之一，除了外形美观以外，首先要保证车门具有一定的开闭可靠性和足够的刚度性能，刚度不足，会导致开闭件局部区域出现过大变形，影响密封性和安全性，从而影响车辆的正常使用；其次，车门的固有频率与发动机等激励源的激励频率接近时容易发生共振，影响车辆的乘坐舒适性，为此车门更要满足一定的模态性能，所以对车门进行多目标优化具有非常重要的意义。

近年来，近似优化技术由于其高效、实用的特点受到了越来越多的关注。

近似优化技术是一种能够通过采用相对较少计算量的数学模型来描述和代替复杂的、高成本的试验或数值模拟[1]，它的最大优点是使优化设计过程的计算时间大大降低。

目前比较常用的近似数学模型主要有多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型等。

国内外各高校企业在这些模型上均已开展了相应的应用研究；朱茂桃等[2]以降低车门质量为目标建立了 Kriging模型进行车门质量优化，在保证车门刚度和模态不变的情况下，使车门达到了轻量化要求；马彬彬等[3]建立了径向基神经网络近似模型，使用模拟退火优化算法对车门进行了轻量化研究，优化效果显著；邢志波等人[4]在进行车门多目标优化中，建立了以模态频率最高和质量最轻为优化目标函数的 Kriging模型，得到了车门部件厚度的最优解；更主要的是Shinkyu Jeong等人[5]还将基于遗传算法的Kriging模型运用到空气动力学设计问题中.另外 J.Forsberg等人[6]在研究汽车结构耐撞性优化时也使用了多项式响应面模型和Kriging模型。