一种车身阻尼分布优化方法和系统与流程

本发明涉及汽车检测
技术领域：
，尤其涉及一种车身阻尼分布优化方法和系统。
背景技术：
：由于阻尼材料可通过粘贴在金属结构表面上用来增加金属整体结构的阻尼特性，能够达到更好的减振降噪性能的特征，使得阻尼材料越来越广泛用于汽车工业领域中，但是车身阻尼分布优化的问题是一直困扰着各大主机厂和阻尼供应商，该问题产生的主要原因在于阻尼分布位置和面积的合理性，将直接影响到阻尼减振降噪性能的优劣性。通常，不合理的车身阻尼分布不仅起不到减振降噪的目的，反而会增加整车的附加质量，不利于轻量化设计。在现有技术中，针对车身阻尼分布的优化方法可以分为两类，具体如下：1)基于模态分析，在模态位移幅值较大或模态应变能集中的位置布置阻尼，多个优化方案中选取质量最小以及减振降噪效果最佳的阻尼分布方案；2)基于模态损耗因子最大的阻尼分布，能够通过优化阻尼分布得到结构某一模态的最大损耗因子。但是，发明人发现以上两类优化方法均存在不足之处，其不足之处在于：在第一种方法中，耗时耗力，且优化结果的优劣与工程师经验的相关，虽然能改善某一模态处的阻尼特性，但是没有对某一频率范围内所有模态给出全局的优化处理；在第二种方法中，并未对结构其他模态做优化处理，更谈不上对某一频率范围内所有模态给出全局的优化处理。技术实现要素：本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种车身阻尼分布优化方法和系统，对阻尼进行分布设计，实现对某一频率范围内所有模态给出全局的优化处理，从而能够明显改善阻尼分布对噪声辐射的抑制作用。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种车身阻尼分布优化方法，其在复合阻尼板上实现，所述方法包括：构建复合阻尼板的有限元模型，所述复合阻尼板以车身为柔性面板，并在所述柔性面板上设有一层用于模拟阻尼材料的共节点偏置壳单元；在预设的噪声传递函数中对预定频率范围内的多个指定频率进行求解运算，得到每一个所述指定频率所对应的声压幅值，并对每一个所述指定频率设置对应的声压目标值；根据每一个所述指定频率所对应的声压幅值以及声压目标值，确定声压曲线目标函数，并以阻尼单元的相对厚度为设计变量，以阻尼总质量的目标值为约束条件，建立以目标函数值为最小的拓扑优化模型；根据所述复合阻尼板的有限元模型对所述复合阻尼板上的所有壳单元进行模态分析，并通过求解每一壳单元对应的拓扑优化模型，得到车身阻尼分布云图以及噪声传递函数曲线。其中，所述多个指定频率分别为在所述预定频率范围内频率值为整数的频率。其中，所述车身阻尼分布云图包括车身布置阻尼的位置；其中，所述车身布置阻尼的位置通过筛选所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元来确定。其中，所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元对应抑制噪声的频率及声压幅值由其各自对应的目标函数值决定。其中，对所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元进行筛选的步骤具体为：通过对所述复合阻尼板上所有壳单元各自对应目标函数中阻尼单元的相对厚度取值状况来进行筛选；其中，阻尼单元的相对厚度取值为0的壳单元删除，阻尼单元的相对厚度取值为1的壳单元保留。本发明实施例还提供了一种车身阻尼分布优化系统，所述系统包括：有限元模型构建单元，用于构建复合阻尼板的有限元模型，所述复合阻尼板以车身为柔性面板，并在所述柔性面板上设有一层用于模拟阻尼材料的共节点偏置壳单元；噪声频率分析单元，用于在预设的噪声传递函数中对预定频率范围内的多个指定频率进行求解运算，得到每一个所述指定频率所对应的声压幅值，并对每一个所述指定频率设置对应的声压目标值；拓扑优化模型构建单元，用于根据每一个所述指定频率所对应的声压幅值以及声压目标值，确定声压曲线目标函数，并以阻尼单元的相对厚度为设计变量，以阻尼总质量的目标值为约束条件，建立以目标函数值为最小的拓扑优化模型；阻尼优化输出单元，用于根据所述复合阻尼板的有限元模型对所述复合阻尼板上的所有壳单元进行模态分析，并通过求解每一壳单元对应的拓扑优化模型，得到车身阻尼分布云图以及噪声传递函数曲线。其中，所述多个指定频率分别为在所述预定频率范围内频率值为整数的频率。其中，所述车身阻尼分布云图包括车身布置阻尼的位置；其中，所述车身布置阻尼的位置通过筛选所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元来确定。其中，所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元对应抑制噪声的频率及声压幅值由其各自对应的目标函数值决定。实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例的方法以噪声传递函数(NTF，NoiseTransferFunction)的声压幅值作为直接优化目标，对阻尼进行分布设计，并突破以某个单独模态振动噪声控制为目标阻尼分布优化的局限，考虑到多个模态之间的相互影响，优化多个频率下的声压幅值，从而明显改善阻尼分布对噪声辐射的抑制作用，既保证了整体结构的NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)性能，又满足一定的轻量化目标。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。图1为本发明实施例提供的车身阻尼分布优化方法的流程图；图2为本发明实施例提供的车身阻尼分布优化方法应用场景中复合阻尼板一壳单元上阻尼布置对应三种状态形成的噪声传递函数NTF曲线对比图；其中，1-为未布阻尼，2-全布阻尼，3-优化阻尼；图3为本发明实施例提供的车身阻尼分布优化系统的结构示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种车身阻尼分布优化方法，所述方法包括：步骤S101、构建复合阻尼板的有限元模型，所述复合阻尼板以车身为柔性面板，并在所述柔性面板上设有一层用于模拟阻尼材料的共节点偏置壳单元；具体过程为，以车身为柔性面板，并与自由阻尼层共节点偏置壳单元形成复合阻尼板，通过有限元分析软件HyperMesh建立矩形箱体结构的有限元模型。此时，复合阻尼板所对应矩形箱体的一面将模拟为振动发声面板，而矩形箱体其它面为刚度较大的非振动发声面板，即刚性面板。在一个实施例中，该矩形箱体可采用一个面厚度为1mm的钢板作为柔性面板(如车身前围板、地板)，采用有限元分析软件HyperMesh中CQUAD4壳单元建模，并在该柔性面板上建一层共节点偏置壳单元模拟阻尼材料，厚度为3mm，形成复合阻尼板，即箱体结构的振动发声面板。应当说明的是，在以噪声传递函数NTF最小为目标的阻尼优化问题中，偏置壳单元的建模方式能达到很高的计算精度和求解分析效率。步骤S102、在预设的噪声传递函数中对预定频率范围内的多个指定频率进行求解运算，得到每一个所述指定频率所对应的声压幅值，并对每一个所述指定频率设置对应的声压目标值；具体过程为，预先设置噪声传递函数NTF作为分析函数，在预设的频率范围(如1Hz-nHz)中提取多个指定频率，并将每一个指定频率分别导入噪声传递函数NTF中进行求解运算，得到每一个指定频率所对应的声压幅值P1,...,Pn，并进一步对每一个指定频率分别设置对应的声压目标值T1,...,Tn；在一个实施例中，以一个箱体为例，取该箱体中心构建的噪声传递函数作为分析函数，并预设1Hz-nHz频率范围，从而在1Hz-nHz中提取频率值为整数的频率为指定频率，求解1Hz-nHz内各整数值频率的声压幅值，并进一步设置1Hz-nHz内各整数值频率的声压目标值。应当说明的是，各频率的声压目标值T1,...,Tn应在预设的1Hz-nHz频率范围内以满足实际需要(如行业标准)进行设计，这样才能保证优化方法的有效性及合理性。步骤S103、根据每一个所述指定频率所对应的声压幅值以及声压目标值，确定声压曲线目标函数，并以阻尼单元的相对厚度为设计变量，以阻尼总质量的目标值为约束条件，建立以目标函数值为最小的拓扑优化模型；具体过程为，定义目标函数设计变量为阻尼单元的相对厚度hj，给出约束条件为阻尼总质量的目标值M0，建立以目标函数值为最小的拓扑优化模型，具体如下：min:f(P1,P2,...,Pn,T1,T2,...,Tn)find:hjs.t:Σi=1khjMj≤M00≤hj≤1,j=1,2,3,...,k]]>其中，Mj为阻尼单元质量；k为阻尼单元总数。步骤S104、根据所述复合阻尼板的有限元模型对所述复合阻尼板上的所有壳单元进行模态分析，并通过求解每一壳单元对应的拓扑优化模型，得到车身阻尼分布云图以及噪声传递函数曲线。具体过程为，根据有限元模型对复合阻尼板上的所有壳单元均进行模态分析，设置筛选条件，并通过OptiStruc求解器求解每一个壳单元的拓扑优化模型，得到车身阻尼分布云图以及噪声传递函数曲线。可以理解的是，根据车身阻尼分布云图，在车身上布置阻尼用来减振降噪。其中，车身阻尼分布云图包括车身布置阻尼的位置，而该车身布置阻尼的位置通过筛选复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元来确定。在本发明实施例中，对复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元进行筛选的步骤具体为：通过对复合阻尼板上所有壳单元各自对应目标函数中阻尼单元的相对厚度hj取值状况来进行筛选；其中，阻尼单元的相对厚度hj取值为0的壳单元删除，阻尼单元的相对厚度hj取值为1的壳单元保留。可以理解的是，所筛选保留下来的壳单元会对应车身阻尼分布云图上的车身布置阻尼位置，并且每一个所筛选保留下来的壳单元对应抑制噪声的频率及声压幅值由其各自对应的目标函数值决定。例如，当某一筛选保留壳单元A的目标函数为最小时，可在该壳单元A得到的最小目标函数值中找到对应的声压幅值Pi及其对应的指定频率i，即该壳单元A可实现抑制噪声的频率为Pi及其对应的声压幅值为i。可以理解的是，噪声传递函数曲线可以用来确定车身布置优化阻尼后输出的噪声为频率最佳的噪声。如图2所示，为复合阻尼板一壳单元上阻尼布置对应三种状态形成的噪声传递函数曲线对比图，曲线1为未布阻尼时输出的噪声传递函数曲线，曲线2为全布阻尼时输出的噪声传递函数曲线，曲线3为优化阻尼时输出的噪声传递函数曲线，可以发现噪声传递函数曲线3输出的噪声频率最佳。如图3所示，为本发明实施例中，提供的一种车身阻尼分布优化系统，其在复合阻尼板上实现，所述系统包括：有限元模型构建单元310，用于构建复合阻尼板的有限元模型，所述复合阻尼板以车身为柔性面板，并在所述柔性面板上设有一层用于模拟阻尼材料的共节点偏置壳单元；噪声频率分析单元320，用于在预设的噪声传递函数中对预定频率范围内的多个指定频率进行求解运算，得到每一个所述指定频率所对应的声压幅值，并对每一个所述指定频率设置对应的声压目标值；拓扑优化模型构建单元330，用于根据每一个所述指定频率所对应的声压幅值以及声压目标值，确定声压曲线目标函数，并以阻尼单元的相对厚度为设计变量，以阻尼总质量的目标值为约束条件，建立以目标函数值为最小的拓扑优化模型；阻尼优化输出单元340，用于根据所述复合阻尼板的有限元模型对所述复合阻尼板上的所有壳单元进行模态分析，并通过求解每一壳单元对应的拓扑优化模型，得到车身阻尼分布云图以及噪声传递函数曲线。其中，所述多个指定频率分别为在所述预定频率范围内频率值为整数的频率。其中，所述车身阻尼分布云图包括车身布置阻尼的位置，其中，所述车身布置阻尼的位置通过筛选所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元来确定。其中，所述复合阻尼板上所有壳单元中满足筛选条件的壳单元对应抑制噪声的频率及声压幅值由其各自对应的目标函数值决定。实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例的方法以噪声传递函数(NTF，NoiseTransferFunction)的声压幅值作为直接优化目标，对阻尼进行分布设计，并突破以某个单独模态振动噪声控制为目标阻尼分布优化的局限，考虑到多个模态之间的相互影响，优化多个频率下的声压幅值，从而明显改善阻尼分布对噪声辐射的抑制作用，既保证了整体结构的NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)性能，又满足一定的轻量化目标。值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页1 2 3