外文文献翻译01.docx

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外文文献翻译01

概念车造型：

减少结构重量的新技术

PoojaDoke,MohammadFard*,RezaJazar

摘要

车体结构的轻量化通常会加强噪声振动、粗糙度（NVH）和车辆碰撞的性能。

汽车先进的计算机辅助工程的发展和应用（CAE）允许汽车设计大大减轻了重量，提高机体的结构性能。

然而，当前先进CAE模型只能是在车辆的后期设计阶段时只有少量结构的变化是可行的。

不像具体的CAE模型，它要求所有的详细设计，这一概念的CAE模型可以在没有任何需要的详细的CAD数据来创建，它可以在早期（概念）设计阶段被创建。

因此，在本文中，为轿车提出了一个概念建模方法。

该模型代表主题主要结构的动态特性，并允许设计者在早期设计阶段优化结构和质量。

汽车的具体的CAE白车身模型被减少到一个微小元件的概念结构使得该结构具有类似结构动力学行为与此对应的测试数据。

所设计开发的CAE概念模型展示了可靠的方法，以提高在设计的早期阶段NVH和碰撞性能。

所提出的方法可有效地用于预测和优化汽车的车身结构，支持车体轻量化设计的过程。

白车身重量的降低，最终将导致燃油消耗的降低，从而有利于能源高效的利用和环境污染的减少。

关键词：

材料减重;NVH;CAE;概念模型;结构动力学

1.引言

目前汽车市场需求的高性价比的轻便[9,10]车辆在短时期的市场设计处于竞争激烈态势。

因此，汽车设计的预测和改进各种相互冲突的领域是至关重要的，如汽车的性能NVH和安全设计的最初阶段。

CAE分析方法一直是汽车工程师在制造任何实物车之前进行NVH测试或车辆的安全性测试的重要工具[1，2，4]，该方法是由CAE详细的模型或CAE先进典型等理论发展而来。

这样的CAE模型（初级或高级模式）只能创造出车身所有的设计细节和所有的精确几何形状以及CAD数据[1，2]。

如此详细的CAD设计数据是通常在早期设计阶段所不需具备的。

因此，在后期设计阶段，更多限制因数的设计，没有大的变化也是不可以做到的。

详细的CAE模型主要可以对车身作细微的修改。

此外，具体的CAE模型具有大的数据容量，它采取各自的计算方法对整个机构修整，庞大的计算量导致计算时间长达数小时。

因此，目前在工业中使用CAE模型由于有多种因素的限制，所以有些科研人员注意力一直致力于CAE模型的发展。

不同于具体CAE模型，概念模型有相对简单的结构，他们并不需要完整具体CAD数据。

早期的设计阶段，这能够改善汽车在NVH或耐撞性能方面提供低成本、快速解决问题的方案。

一个概念CAE模型一般是由梁单元建立，有时是梁和壳体组合元素建立[11，12]。

概念模型可以被创建同时与CAD数据或基于该前身有限元的模型。

为一个CAE概念模型开发还涉及到其它方面的应用。

建立一个简化的碰撞概念模型与建立NVH概念模型不同，大多数车辆NVH问题都被链接到白车身结构动力学。

白车身和其平台的修改在早期设计阶段，这样才是比较可行的。

汽车设计师对于白车身改善结构动力学和NVH质量方面有不同的分项指标。

因此，本研究的焦点是建立一个概念模型表征该汽车白车身结构动力学性能，和NVH性能。

在本文中，为轿车白车身建立了一个CAE概念模型。

部分梁部件的尺寸和几何形状是从前辈的CAE具体模型获得，然后精制梁是由等效标准梁单元来表示。

白车身的结构动力学的特征通过基本振动模式获取，实验模态分析采用LMS软件[7]。

所建立的概念模型参数调整为具有相同的基本共振频率以及它相应的试验数据。

这样是通过使用Nastran软件优化工具得到的。

结果表明，建立简单的横截面概念模型并对其进行相应的测试，得到了良好的一致性结果。

建立概念模型对前期执行NVH性能分析和优化是一个很好的工具。

2.方法

使用缩减前辈汽车的模型分析方法来建立概念模型。

建立概念模型来交叉验证与白车身模态分析的实验方法得出的结果是否吻合。

2.1实验

本体主要的频率模式的比较与结构模态分析的LMS测试系统的实验分析方法，本实验的基础就是LMS。

实验主要是测试车身上相同的压力和力，条件是在输入空气，测试并定位了单点，原理是自由振动的动力学。

对测试对象白车身进行测试的频率范围为0-200hz。

它有助于分析频率响应函数形式全球振动频率模式捕获，使用LMS系统的模态分析。

然而五个重要的全振动体在0-60赫兹范围内确定[5，13]。

实验（图1）涉及使用标准加速度计在汽车车身的133个节点的输入和输出信号的进行校准。

这些加速度计提供车身振动的三个方向信号输入到LMS，通过信号传输电缆连接。

从车体的加速度计输出的信号（即输入到LMS系统）相互叠加或单独使用，LMS系统的信号分析帮助绘制频响函数为各个方向的车身振动体的振动模态，从而实现使用LMS系统。

图2显示了明显的地区集中的频率响应函数，即频响函数获得LMS模态分析白车身实际振动数据，利用HyperWorks全球和NASTRANCAE分析[6，7]作为分析工具。

图1：

白车身模态试验测试

图2：

LMS模态分析输出，频率响应函数（A）（B）频率0-200赫兹频率0-60hz

频率响应函数与模态分析使用LMS系统和HyperMesh软件和NASTRAN自由体振动分析的比较。

他们提供了显着的车身振动峰识别的振动频率。

模式形状的相似性是通过计算模态而得出的结论，保证了标准的交叉验证。

图3：

建立概念梁模型

图4：

梁端面示意图

图5：

实际执行的方法

2.2分析

基础CAE模型分析方法是减少梁的模型（图3）。

这种方法允许车身结构的变化（例如轿车和主机具有相似的两厢平台）和完整结构的振动影响分析。

分析方法提供了具体的见解，在不同车身零部件的基础上降低其结构和截面。

汽车底盘的主要构件如A，B，C柱、楼板等，它们主要是柱和梁的形式。

该方法易于工程实现，通过详细的CAE模型可以选择柱或梁截面和降低其标准横断面。

首先详细分析了CAE模型的优化。

车身部件的详细几何截面的选择主要分析其主惯性矩，几何中心（i.e.centroid）和从地方到主轴的旋转角度等因素。

这些属性定义维度时，实现等效标准横断面。

主要结构的质心作为等效简化梁模型，以及在定向局部轴惯性矩值显示在几何中心。

在分析详细的截面特性时，利用Hypermesh、Nastran等效的标准矩形截面来创建和相互连接超单元。

所有的梁截面都可以减少沿几何中心到梁端面的等效距离，具有恒定的质量，刚度和惯性特性，如。

为实现这一标准，横断面程序如下，

1）将截面几何中心的点和横截面进行选择识别。

定义交叉口为节点。

2）揣测几何中心、主惯性矩，按Hypermesh软件以图6所示计算建立从主轴线方向的局部坐标轴。

图6：

HyperMesh截面属性

3.结果

从概念模型的结构动力分析结果与模态试验结果的比较（表1）。

主谐振频率与相应的振型之间进行了比较和仿真实验。

通过上述材料，自然频率来（模态保证标准）计算验证和建立NVH概念模型[5]MAC的理念和先进的模式[13]。

类似的两种模式之间的MAC指数是由以下公式计算，其中oE和oC是实验结果与概念模型结果，特征向量矩阵上标T表示向量的转置。

特征向量表示概念模型测试主要结构节点。

一个MAC值等于1表示形状之间的振动模式相似性为100%，这是从仿真和实验得到的结论。

MAC值，在表1中，对这五种模式是近0.7（表1），这表明了模型的模态与试验数据有较好的一致性。

图7.白车身概念模型中扭转模式（a）与模态测试中扭转模式（b）的比较

表1：

结构模态分析的数据和全局频率以及最终模态形状和概念模型的比较

所开发的概念模型的扭转振型与试验数据得到扭转振型相比（图7）。

一个很好的一致性测试和模拟之间。

从中我们可以看到结果，在表1和图7所示，所开发的概念模式是一个很好的模型用于预测的主要（全球）关于身体的结构动力学问题在早期设计阶段，详细的模型是不可用的。

4.结论

车身结构轻量化加强NVH性能和车辆碰撞性能。

汽车先进的CAE模块应用与发展使得汽车设计师大大减轻车身重量和提高身车身的结构性能。

然而，目前基础CAE模型只能在车辆后期设计阶段，结构只有轻微的变化才是可行的。

不同的是，要求有所有详细设计数据的概念模型，在没有任何详细的CAD数据的前提下，CAE可以在早期设计阶段创建模型。

建立的概念模型，在这里代表了车身主要结构的动态特性，在早期设计阶段使设计师能够优化车身质量和结构性能。

创建概念模型，然后调谐到具有相同结构的动力响应（基本频率）及其相应的测试数据。

这是由NASTRAN软件使用优化工具完成的。

结果表明，所建立的概念模型与相应的试验结果有很好的一致性。

因此该方法提供了一个很好的工具来减轻车身结构的重量和优化结构的NVH性能。

除了减重，所提出的方法大大节约了CAE建模和车身结构的计算时间，最终会降低燃料消耗，提高主要能源的利用效率和减少环境污染。

参考文献