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1、 基于基于 NASTRAN 的的悬置悬置支架支架 NVH 性能性能优化优化 The NVH Optimization Analysis of the Suspension Bracket Based on NASTRAN 王纯 李翠霞 雷应锋 长安汽车北京研究院，北京 100089 摘摘 要：要：本文通过建立某车型悬置支架有限元模型， 利用 NASTRAN 软件， 对其进行模态、 IPI 和 VTF 分析计算及优化，提高了其 NVH 性能。 关键词：关键词：NASTRAN 悬置支架 模态 NVH 有限元 Abstract: The article achieved the mode, IPI
2、and VTF optimization analysis of suspension bracket, and the CAE model of the bracket is operated by NASTRAN. The project improved the NVH performance of the car. Key words: NASTRAN，Suspension Bracket，Mode，NVH，CAE 1 概述概述 随着顾客对汽车质量要求的不断提升， 汽车振动噪音品质问题已经成为设计者考虑的重 要因素之一。悬置支架是连接悬置和车身的零件，具有重要的隔振作用。在汽车研发前期
3、， 不仅悬置支架需要具有一定的强度和刚度， 支架连接周边承载零部件的结构也需要一定的强 度和刚度，这样才能在遭受各种干扰力作用下，保证发动机的强度，避免发生干涉及其他影 响，对整车舒适性和振动噪声水平也具有重要的影响。 对某轻型客车的整车进行 NTF、VTF 分析，结果显示在特定发动机转速下振动噪音出 现突然恶化现象。初步判断发动机后悬置支架的刚度不足，模态值偏低，是导致整车振动噪 音恶化的重要原因之一。 为了进一步确认问题发生的根本原因以便实施有效整改， 本文进一 步通过模态分析，对该悬置支架进行优化。 工程中， 对结构的模态分析通常有解析法和实验法两种， 即有限元模态分析和实验模态 分析。
4、本文借助 NASTRAN 软件对悬置支架进行有限元模态分析及优化，在保证分析精度 的前提下，缩短了优化周期，为汽车研发前期提供有利的技术支持。 2 原方案悬置支架的有限元分析原方案悬置支架的有限元分析 2.1 有限元模型的建立有限元模型的建立 分析模型以后悬置支架所在横梁为中心，沿车架纵梁前后截取一段距离，对后悬置支 架进行约束模态分析，截取部分如图 1 所示。模型主要采用四边形和少量的三角形壳单元 组成，焊点采用 CWELD 单元。 图 1 发动机后悬置支架模型 2.2 结果与分析结果与分析 使用 NASTRAN 求解器进行模态、IPI 和 VTF 分析，识别不同频率下的振型位移、应 力云图
5、和频响函数曲线。图 2 为后悬置支架的模态振型图。 图 2 发动机后悬置模态云图 分析结果显示第一阶模态不足 200Hz。此振型实际为发动机后悬置支架所在横梁的模 态振型，由于此阶振型的模态值偏低，局部刚度偏弱，造成后悬置支架的接附点动刚度值也 偏低，Z 向动刚度值不足 3000N/mm， 图 3 为后悬置接附点的动刚度计算结果。 图 3 发动机后悬置接附点动刚度分析图 以后悬置支架接附点为激励的 VTF 分析结果显示，方向盘的振动输出响应亦偏大，如 下图所示： 图 4 后悬置接附点方向盘 VTF 响应结果 表 1 后悬置接附点 VTF 分析结果汇总表 接附点位置 方向盘 VTF 响应 后悬置
6、接附点 X 0.11 Y 0.23 Z 0.44 3 优化后的悬置支架有限元分析优化后的悬置支架有限元分析 3.1 优化方案介绍优化方案介绍 由公示f = 2 可知，可以通过提高自身的刚度和分解承载载荷的方法来达到提高模 态的目的。原方案中由于座椅安装点，邮箱吊挂和发动机后悬置支架均安装在同一横梁，造 成后悬置支架所在横梁模态偏低，致使后悬置支架的动刚度值偏低。所以在优化方案中，将 后悬置所在的横梁由方梁改为管梁， 出于对工程可行性角度的考虑， 适当优化了后悬置支架 的外形。优化后的方案如下图所示。 图 5 优化后发动机后悬置支架模型 3.2 优化结果与分析优化结果与分析 在同一位置截取模型做
7、模态分析，模态振型云图如下所示。 图 6 优化后发动机后悬置支架模态云图 优化后第一阶模态提升至 254Hz， 提高了 35%。 后悬置接附点动刚度也有了大幅提升， Z 向动刚度值由原来的不足 3000N/mm 提升至 5000N/mm 以上，提升超过了 50%。 图 7 优化后发动机后悬置接附点动刚度分析图 同比 VTF 分析结果，后悬置接附点激励出的方向盘的振动输出响应有所下降，如下图 所示，表 2 为优化前后 VTF 结果对比。 图 8 优化后后悬置接附点方向盘 VTF 响应结果 表 2 后悬置接附点 VTF 优化结果对比表 接附点位置 方向盘 VTF 响应 优化前 优化后 后悬置接附点
8、 X 0.09 0.08 Y 0.24 0.19 Z 0.52 0.34 优化后，由后悬置接附点激励，方向盘处的振动响应有了一定程度降低，提升了 NVH 性能。 4 结论结论 文中将车身横梁由方梁改为管梁， 断开了横梁与地板的连接， 减少了底盘附件对后悬置 支架所在横梁的负载，提升了横梁刚度，继而提高发动机支架模态和接附点动刚度，改善了 NVH 性能。在工程优化中，采用通过提高零件自身的刚度或者分解承载载荷的方法来提高 模态，是一种直接、高效的优化方法。 在整车开发前期应用使用 NASTRAN 软件， 引入 CAE 分析， 可以有效预测 NVH 性能， 对于保证开发质量，缩短开发周期都有重要的意义。 5 参考文献参考文献 1 庞剑、谌刚、何华. 汽车噪声与振动理论与应用M. 北京理工大学出版社，北京， 2008，第二版. 2 隋允康，杜家政，彭细荣. MSC.Nastran 有限原动力分析与优化设计实用教程M. 科学 出版社，北京，2004，第一版
