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2023/09
技術分享 | Abaqus汽車NVH系列(四):動剛度分析
瀏覽:941 來源:耀唐科技

耀唐解讀



在汽車NVH分析中,動剛度也是一個不可忽略的物理量。

本期主要介紹剛度理論知識和Abaqus計算動剛度的一些要點和注意事項,更多的是理解汽車NVH中所要求的物理量與仿真分析中的物理量對應關系,靈活使用仿真工具解決物理問題。



剛度


剛度是指結構或材料抵抗變形的能力,也可以理解為使結構發生單位變形所需的力。這里面力和位移可以是狹義的,也可以是廣義的,對應得到的剛度為狹義剛度和廣義剛度。

從結構所處狀態或載荷類型上又可以將剛度分為靜剛度和動剛度。

靜剛度一般指的是靜態變形所需要的靜態載荷,對應我們常規的靜力學分析,受力和變形的關系即結構的靜剛度。

動剛度一般指的是結構對單位諧響應激勵載荷的變形響應,數值上為諧響應分析中位移響應的倒數(要求諧響應載荷幅值為1)。



剛度解析


從定義上可以看出來,動剛度是和頻率相關的物理量,根據模態的定義和含義,我們知道模態頻率和振型表征的是結構在不同頻率下的剛度分布情況,在模態特征頻率下,結構一般有穩定的剛度分布,剛度小的地方振幅大(剛度是抵抗變形的能力),一般對應反節點位置,剛度大的地方振幅小,一般對應節點位置;當頻率趨于零時,我們可以認為對應的是結構的靜態情況,也就是低頻的動剛度與結構靜剛度接近或相當。

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剛度要求


對于靜剛度,一般要求足夠大,這是從結構不易發生變形的角度以及結構承載能力角度去考慮的;

而對于動剛度要求會高一些:希望結構在低頻率范圍內有足夠大的動剛度,以避免結構變形過大產生干涉;同時希望結構在高頻率范圍內剛度不要太大,較小的剛度對振動的傳遞比較小,也就是具有較大的隔振能力(較小的剛度反應的是結構對激勵的位移響應大,結構本身將振動能量吸收了,傳遞出去的能量少)。

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剛度擴展


原點動剛度——激勵點和位移響應點是同一個點。

一般來說,我們要求的動剛度都會指定某個點或某個零件(如懸置等),求指定的位移響應。但從結果上講,我們更多關心一些響應值,比如方向盤或換擋桿的振動響應(抖動),座椅的抖動(人感受最明顯的是座椅的加速度抖動,特別是上下方向)。

因此在汽車NVH分析中,另外擴展出一類分析:傳遞函數分析,包括振動速度傳遞函數,振動加速度傳遞函數,聲響應傳遞函數。這些本質上或者說在仿真分析上,與動剛度分析沒有區別,只不過是提取結果的位置和類型有差別。因此要準確理解物理場景,靈活使用仿真分析工具。



仿真分析


靜剛度分析對應的是靜力學分析,我們不過多復述。

動剛度分析對應的是諧響應分析,我們簡單描述下分析設置。

01
諧響應分析
一般前置模態分析,然后基于模態結果選擇穩態動力學分析。

這里面我們要注意,模態振型或頻率的影響一般在1.5倍范圍內,因此對于諧響應分析的頻率范圍明確后,我們需要保證模態分析能夠提供足夠多的模態數量,一般如果模態數量足夠,我們將模態頻率提取范圍定義為1.5倍的諧響應頻率設置,以保證結果的準確性。阻尼可以根據已知情況進行輸入,一般在百分或千分的量級。

02
簡諧載荷定義
我們施加的是集中力,因此一般通過參考點和點面約束來定義。這里面我們定義單位幅值的簡諧載荷,在需要的方向上定義實部為1即可。
03
結果提取
為了便于結果的提取,我們一般在歷史變量中提前以參考點集合定義,提取所需的位移、速度、加速度、反力等。
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04
結果處理
在XY data中繪制(plot)指定的結果,如位移U2:

根據剛度定義,我們這里面定義的是單位幅值載荷,因此將位移結果直接取倒數。

這樣我們就得到了動剛度曲線(頻域上位移的倒數曲線)。


END





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