基于動剛度分析的結構優化

顧海南，李立波（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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基于動剛度分析的結構優化

顧海南，李立波
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：隨著顧客對NVH要求的提高，整車上各個模塊已將NVH的參照指標作為一個關鍵性指標進行設計，而剛度的分析是進行產品設計過程中的一個重要參考點。文章論述了剛度指標中的動、靜剛度的相關性，并以公司自產的載貨汽車的變速箱吊掛的開發過程為例，示范了剛度指標在設計開發過程中運用，以實車的驗收結果證明了這一設計方向的可行性。

關鍵詞：NVH；動剛度；靜剛度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004可以得到：

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-22-02

引言

隨著國民收入的提高以及乘用車的普及，載貨汽車的定位也從僅僅作為一種盈利的工具向駕乘舒適性方面的追求轉變。即在設計過程中，懸置系統的從原始的僅僅考慮搭載向隔震類性能指標追求。此時剛度、模態等分析參數在做懸置結構方案中占據了越來越大的比重。

1、剛度的分析

1.1靜剛度分析

根據材料力學胡克定律中剛度的定義，可以得到下式：

注：F為施加的載荷，X為靜態的位移，K為靜態剛度；

1.2動剛度分析

動態載荷是大小或者方向隨著時間改變而變化的載荷。載荷動態變化也會引起相應位移的動態變化。動剛度是通過作用力幅值的大小除以振動位移得到的是頻率、質量、阻尼以及靜剛度的函數。

假設一單自由度的系統(僅由彈簧一質量一阻尼器構成)受到一正弦載荷F（t）的作用，F（t）=F0*cos（wt），系統的振動方程如下：

注：k，系統的靜態剛度；c，系統的阻尼；m，系統的質量；ω，系統的激振頻率：ωn=k/m，系統的固有頻率，F0/k，系統靜態位移；

從以上公式可以得出以下幾點結論：

1) 當激振頻率從零開始而慢慢增加時，慣性影響比阻尼影響增加的更快。但當激振頻率很小時，動剛度和靜剛度相接近。

2) 當激振頻率接近固有頻率時，慣性影響和阻尼的影響相當，阻尼對于位移的變化十分重要尤其是當ω=ωn時，慣性影響和剛度的影響相抵消，只有阻尼在起作用。此時，系統發生共振，系統位移最大，動剛度最小，系統狀態最危險。

3) 當激振頻率超出固有頻率時，慣性影響增加更快，相應的幅值降低。當激振頻率遠遠大于固有頻率時，系統的位移趨近于零。

根據動、靜剛度的相關特性，基于動剛度計算得來的模型固有頻率最接近于實際，而基于靜剛度的誤差較大。

2、某開發車型的實例運用

在該車型的開發過程中，懸置吊掛的連接結構為提升Y向動剛度，通過對加強板結構的優化經歷了多輪優化分析，階段性方案歷程如下：

表1　

針對方案三整車后懸置驗證情況：怠速至2500rpm升速過程中動力總成懸置振動的衰減狀況，各懸置在緩油門升速過程中懸置前和懸置后等效均值曲線平穩上升，且升速過程中各懸置衰減效果良好：

圖1

圖2

3、結論

通過上述的過程優化，使得變速箱吊掛單件Y向動剛度的大幅提升，實現單件固有頻率的變化，規避與系統激勵頻率產品共振區，實現NVH性能提升的目的。

參考文獻

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[2]郭榮,章桐.汽車動力總成懸置系統[M].同濟大學出版社,2013.

[3]任永鋒.動剛度和靜剛度在飛機設計中的應用[J].科技視界,2012 (10).

[4]胡啟龍.基于模態和剛度對比分析的車門結構改進設計[J].輕型汽車技術,2014(1/2).

Structure improving based on the analysis of the Dynamic Stiff

Gu Hainan, Li Libo
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Abstract:With the increase of the customers requirement to NVH, each module on the vehicle has the harshness NVH reference index as a key index to carry on the design. Stiffness analysis is an important reference point in the process of product design. This paper discusses the stiffness index of the correlation of Dynamic Stiff and Static Stiff. An example is a projectof the production of truck transmission hanging development process. It demonstrates the rigidity indicators used in design and development process. The vehicle experiment results prove the feasibility of the design direction.

Keywords:NVH; DynamicStiff; Static Stiff

中圖分類號：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-22-02

作者簡介：顧海南，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。