HyperWorks系列之模态分析
65_基于HyperWorks的汽车转向系统模态分析_李飞亚
Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 基于 HyperWorks 的汽车转向系统模态分析李飞亚 王卓 张剑 长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院 CAE 工程所 重庆 401120摘要：本文针对某款车的转向系统，运用 HyperMesh 建模，进行模态分析。
然后用后处理软件 HyperView 观察其结果，并通过对应变能云图进行分析来进行模态优化。
优化后， 转向系统的一阶垂向模态提高了 1Hz，而转向系统的质量减轻了 0.45kg，在降低成本的同 时提升了产品的性能。
关键词：转向系统 建模 后处理 优化 性能 成本1 概述转向系统是汽车结构中一个非常重要的子系统，其性能的好坏会给用户最直观的体现。
如果其设计刚度不足， 就容易在低频时产生较高的灵敏度响应， 进而发生方向盘振动的现象。
在很多时候，转向系统性能的好坏会直接影响到顾客是否会购买该汽车。
因此，在进行转向 系统设计的时候，要充分考虑其刚度要求。
在传统的开发流程中， 需要对样车进行测试才知道方向盘是否会发生振动现象。
如果这 个时候再采取补救措施，会面临改动空间小，成本大、周期长等问题，而且往往效果不甚理 想。
如果运用 CAE 方法对转向系统进行模态分析，前期发现问题，进行整改优化，那么就 可以避免上述问题。
本文案例运用 Altair 公司的有限元前处理软件 HyperMesh 和后处理软 件 HyperView 对某款车的转向系统进行分析，在前期发现了问题，并提出了解决方案。
实 现了该车在性能上和成本上的领先。
2 有限元理论N 自由度系统振动微分方程M x + C x + Kx = f ( t ) 其中，M 为质量矩阵，C 为阻尼矩阵，K 为刚度矩阵， f ( t ) 为激励力。
对于无阻尼自•••‐ 1 ‐ Altair 2011 Hy yperWorks 技术 术大会论文集由振 振动， C = 0 ， f ( t ) = 0 ，方程变为： M x + Kx = 0 设特解 ••x = ϕ jωt 程化为 则微分方程( K − ω M )ϕ = 0 2得特征方程 程 K − ω 2M = 0 ω 为系统的 的固有频率， ϕ 为相应的 的振型。
张力_HyperWorks在传动系统模态分析中的应用
HyperWorks在传动系统模态分析中的应用Application of HyperWorks in Driveline SystemModal Analysis张力李翠霞雷应锋(长安汽车北京研究院北京102209)摘 要:本文利用Altair HyperWorks前处理软件HyperMesh建立了某后驱车整车有限元简化模型，计算整备状态下传动系统模态，通过后处理软件HyperView查看传动系统模态振型及模态频率，并与试验测试结果进行对比分析，最后通过调整分析模型参数进行验证，达到与试验对标的目的。
关键词:HyperWorks 有限元 NVH传动系统 模态Abstract:Modeling of a simplified FE model of the RWD vehicle was completed by using Altair HyperWorks pre-process software HyperMesh, to compute the driveline system modes of the vehicle under kerb masses. The mode shapes and frequency, which can be obtained through post-process software HyperView, was compared with testing results.The aim of benchmarking with test was achieved in the end by adjusting the model parameters and re-computing validation.Key words:HyperWorks, FE, NVH, driveline system, mode1 概述后驱车动力传动系统一般包括动力总成、传动轴、后桥、后悬架等子系统，结构较复杂。
基于HyperWorks的车架模态分析
第"期
张胜兰等： 基于 1234567589 的车架模态分析
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! " # 有限元网格剖分时， 应根据分析的目的并结合模型的特 点， 选择适当的单元类型， 并根据计算机的能力和要求的精度确 定合适的网格大小， 划分网格。 ! $ # 单元质量对有限元计算结果有较大影响。 在有限元网格 划分时， 检查并控制单元的质量参数显得尤为重要。 网格检查内 容一般为是否有重复的节点、 重复的或缺少的单元， 以及高度畸 变或翘曲的单元。单元尺寸应得到控制， 如单元长宽比 ’%&； 单 单元翘曲角’)&(； 单元尺寸应尽量均匀， 要避免特 元内角 1’&(； 别小的单元。在使用 *+,) 单元时， 须分清主次， 即同一个节点 只能丛属于一个主点。 ! - # 施加载荷和边界条件是有限元模型的精华， 这一步需要 的是经验和根据经验做出某种简化或者取舍的勇气。
【 摘要】 这里介绍了 ,-./012034 有限元分析流程， 讨论了建模中应注意的几个问题， 并以某公司 新开发的中巴车车架为研究对象，利用 ,-./012034 建立以壳单元为基本单元的车架有限元分析模 型， 分析了该车架的前七阶固有频率及振型， 为车架响应分析提供了重要的模态参数， 同时也为结构 的改进设计提供了理论依据。 关键词：车架；有限元分析；模态分析；!"#$%&’%() 【 *+),%-.,】 !"#$%&’()* #+) ,-"-#) ).)/)"# 0"0.1*-* /)#+%& %, #+) ,-./012034 *%,#20$)3 &-*(’**)* *)4)$0. 5’)*#-%"* %, AJQ /%&).-"63 *)#* ’7 #+) 0"0.1*-* /%&). %, #+) /-&&.) *-8) 9’* ,$0/) 91 #0:-"6 *+).. ’"-# 0* 90*-( ’"-#3 0"0.18)* #+) ,$0/) ;* ,%$/)$ *)4)" "0#’$0. ,$)5’)"(-)* 0"& (%$$)*7%"& /%&) *+07)*3 *’77.-)* -/< 7%$#0"# /%&0. 70$0/)#)$ ,%$ #+) $)*7%"*) 0"0.1*-* 0"& ,%’"&0#-%" -" #+)%$1 #% -/7$%4) &)*-6" %, #+) 4)+-(.) ,$0/)= /$" 0’%1)2 3%-4$5 3676,$ $8$4$7, -7-8")6)5 9’1-8 -7-8")6)5 !"#$%&’%() 文献标识码：K
Hyperworks在汽车仪表板总成模态分析 中的应用
Modeling and Simulation 建模与仿真, 2017, 6(4), 211-217Published Online November 2017 in Hans. /journal/moshttps:///10.12677/mos.2017.64025Hyperworks Application in Modal Analysisof Instrument Panel AssemblyGuang Mu*, Yinli Yang, Huanxue FengChangchun Faway Adient Automotive System Co. Ltd., Changchun JilinReceived: Oct. 26th, 2017; accepted: Nov. 9th, 2017; published: Nov. 13th, 2017AbstractDuring the car development phase, analyzing the modal characteristics of the Instrument Panel assembly is of great significance to the product. This paper applies HyperMesh of Altair to build the finite element model of the Instrument Panel assembly, and use OptiStruct to solve the modal analysis, then do the post-processing with Hyperview. By analyzing the results, the reason why the mode 1 of the whole is low is found, then the structure is optimized. The paper provides reference to the Instrument Panel structure design with large screen configuration.KeywordsInstrument Panel, Hyperworks, Modal Analysis, AnimationHyperworks在汽车仪表板总成模态分析中的应用穆光*，杨银丽，冯焕学长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司，吉林长春收稿日期：2017年10月26日；录用日期：2017年11月9日；发布日期：2017年11月13日摘要在汽车开发阶段，分析仪表板总成的模态特征对于产品有重要指导意义。
hypermesh模态分析
hypermesh模态分析
模态分析是动力学分析中最基本也是最重要的分析，通过模态分析可以得到工件的模态频率，振型以及阻尼，为工件的设计以及结构优化提供参考。
如下图所示为一平板，进行模态分析。
1、点击创建材料，本例选用铝合金材料ge各项同性材料，MM-T单位制，具体参数如下所示。
2、点击create/edit进行材料参数设置，只需设置弹性模量、泊松比和密度。
3、点击进行属性建立，设置如下图所示，2d单元，pshell单元，选取之前建立好的材料AL。
4、create/edit进行参数设置，设置厚度T=1点击return，属性设置完毕。
4、点击把属性赋予单元。
选择assign，comps选择平板，property选择之前建好的属性，点击assign，给网格赋予属性。
5、建立SPC约束，点击，设置如下，点击creat。
6、点击anasys，选择constrain，node选择要约束的点，点击creat，设置如下。
7、点击，card image选择eigrl，设置如下，点击creat/edit。
8、设置模态求解范围v1、v2为求解模态范围，ND为阶数，本例子求解前六阶模态。
9、点击analysis面板loadsteps，进行工况设置。
输入名字type选择mormal modes，spc选
择设置好的SPC,METHOD选择eigrl，点击creat，
10、点击edit，output选择displacement
11、设置完毕可以进行求解啦，本例用optistruct求解第一阶模态振型如下所示。
4基于HyperWorks某轿车一阶扭转模态及扭转刚度的影响因素分析
HyperWorks某轿车一阶扭转模态及扭转刚度的影响因素分析The Analysis of the Influence of 1st torsion mode and torsion stiffness for Whole Body based on HyperWorks陆志成刘文华夏汤忠李径亮成凯（神龙汽车有限公司技术中心整车部湖北武汉430056）摘要：轿车的车身扭转刚度及一阶扭转模态对轿车车身性能有很大的影响，满足车身刚度及模态要求是轿车车身结构初步设计的一个重要目标。
客观的了解轿车车身某些结构对整车扭转刚度及模态的影响，对指导车身结构的分析有重要的实际意义，本文利用HyperWorks软件就轿车车身焊点的模拟及某些结构对扭转刚度及模态的影响作了系统的研究。
关键词：HyperWorks 扭转刚度一阶扭转模态焊点模拟车身结构Abstract:The torsion stiffness and first torsion mode have a tremendous influence on the performance of the car-body, so it is important to meet the requirements of the stiffness and mode in initial car-body structure design. The effects of various structural parts on the stiffness of car-body are studied systematically for achieving successful analysis. In this paper, spot simulation and various structural parts which influence the torsion stiffness and first torsion mode were studied using HyperWorks software.Key word: HyperWorks，torsion stiffness，1st torsion mode，spot simulation，body structure1 前言汽车现代轿车车身大多采用全承载车身，这种车身没有像客车车身那样具有明显的骨架结构，而是由许多不同形状和不同厚度的薄壁板壳零件焊合而成，这种结构为了满足结构设计轻量化的要求，使车身几乎承载了轿车使用过程中的所有载荷，因此，轿车车身的刚度及模态特性具有举足轻重的作用。
4基于HyperWorks某轿车一阶扭转模态及扭转刚度的影响因素分析
HyperWorks某轿车一阶扭转模态及扭转刚度的影响因素分析The Analysis of the Influence of 1st torsion mode and torsion stiffness for Whole Body based on HyperWorks陆志成刘文华夏汤忠李径亮成凯（神龙汽车有限公司技术中心整车部湖北武汉430056）摘要：轿车的车身扭转刚度及一阶扭转模态对轿车车身性能有很大的影响，满足车身刚度及模态要求是轿车车身结构初步设计的一个重要目标。
客观的了解轿车车身某些结构对整车扭转刚度及模态的影响，对指导车身结构的分析有重要的实际意义，本文利用HyperWorks软件就轿车车身焊点的模拟及某些结构对扭转刚度及模态的影响作了系统的研究。
关键词：HyperWorks 扭转刚度一阶扭转模态焊点模拟车身结构Abstract:The torsion stiffness and first torsion mode have a tremendous influence on the performance of the car-body, so it is important to meet the requirements of the stiffness and mode in initial car-body structure design. The effects of various structural parts on the stiffness of car-body are studied systematically for achieving successful analysis. In this paper, spot simulation and various structural parts which influence the torsion stiffness and first torsion mode were studied using HyperWorks software.Key word: HyperWorks，torsion stiffness，1st torsion mode，spot simulation，body structure1 前言汽车现代轿车车身大多采用全承载车身，这种车身没有像客车车身那样具有明显的骨架结构，而是由许多不同形状和不同厚度的薄壁板壳零件焊合而成，这种结构为了满足结构设计轻量化的要求，使车身几乎承载了轿车使用过程中的所有载荷，因此，轿车车身的刚度及模态特性具有举足轻重的作用。
基于HyperWorks的汽车传动轴模态分析
基于HyperWorks的汽车传动轴模态分析于淙洋北京汽车摘要：本文讨论了在基于HyperWorks的汽车传动系模态分析中，如何进行具有多自由度及运动副的传动轴模态分析。
并根据实际试验结果对模型本身进行优化，在模型计算质量达到要求后对设计进行指导，达到满足传动系振动性能要求并降低成本及加工难度的要求。
关键词：HyperWorks，传动轴，模态分析，尺寸及结构优化1 概述汽车传动轴用于将发动机发出的动力传递至前后桥，并且缓冲从行驶系传来的振动以保证整车动力系统正常运行。
随着近两年汽车行业在中国的快速发展，民众的需求已经不满足于前驱车这种“低端”车型，更多的稍有经济实力的用户已经考虑购买操控性平顺性更好的后驱车甚至是四驱车，因而传动轴这一零件在汽车中的应用也是越来越广泛。
随之而来的也有一些振动及噪声方面急需解决的问题。
在车辆运行时传动轴会进行高速自传，如果其模态频率过低很可能导致其与自转的激振频率相吻合进而产生共振，严重时会引起成员的不适。
因此需要对传动轴的模态做出一定要求，使之避开由于自转而产生的激振频率。
在传统的设计流程中，直到对样车进行测试时才能够知道是否会有共振现象出现，若发现共振也只能采用一些简单的补救措施，有时无法从根本上解决问题，甚至需要对零件进行重新设计，导致了成本和时间的双重浪费。
若在产品量产前就使用HyperWorks软件对其进行模态分析，并且进行优化，使之避开因自转而产生的激振频率，则不但能缩短设计周期，亦能降低开发成本提高产品质量。
因此CAE方法的合理应用在产品的生命周期中具有重要意义。
HyperWorks作为高效的CAE前后处理软件可以十分方便的完成传动轴的建模及后处理工作，因此选用HyperMesh进行建模，HyperView进行后处理，CAE求解器进行中间计算工作。
2 传动轴模态分析2.1传动轴模型的建立某些传动轴在高速行驶时发现会由于自转的激振频率而导致共振，轻者造成成员不适，严重时甚至会影响车辆可靠性耐久性等。
基于HyperWorks的纯电动汽车前舱盖模态优化分析
加强板厚度为1.1mm，包边厚度为2.2mm。
图1前舱盖内板约束情况图2前舱盖外板2前舱盖模态分析模态分析是对机械或者工程结构的动力学特性进行分析的一个非常重要现代化手段，我们可以通过模态分析来了解发动机罩板自身的振动特性，以便获得其不同阶次的固有振动频率，这样就能很清楚地反映物体在结构上的优点和缺点，并且可以通过分析其固有频率，来避免与周边结构发生频率共振的可能性，所以说进行纯电动汽车的前舱盖模态分析是非常有必要的。
2.1自由模态分析纯电动汽车前舱盖有限元模型在自由状态边界条件下进行模态分析。
具体见表1。
前6阶为刚体振型，其频率为零。
表1前舱盖12阶自由模态频率值阶数1-6789101112频率值012.6221.8435.0435.5036.0144.35由模态分析结果可以看出前舱盖的振型情况为：前舱盖周边存在比较大的上下振动，前舱盖内板铰链附近有局部振动，以及前舱盖内部整体的上下振动。
第7阶频率（整图3前舱盖第7阶自由模态振型图图4前舱盖第8阶自由模态振型图纯电动汽车前舱盖内外板需要承受来自地面的激励，路面所造成的不平衡激振频率一般情况在1~30Hz之间，因而，前舱盖的低阶固有频率应当避开上述频率区间[2]。
由于汽车本身在行驶中有一定的约束，所以这次本文主要研究在约束状态下的模态。
2.2约束模态分析纯电动汽车前舱盖有限元模型在约束状态边界条件下进行模态分析，此时第一阶模态频率为23.02Hz为中间部分鼓起振动，第二阶模态频率为25.79Hz主要是中间扭转振动。
第三阶模态频率为34.86Hz主要是前舱盖上下振动，其中一阶和二阶在路面所造成的不平衡激振频率范围内。
在hyperview中扩大30倍后如图5，图6，图7所示。
接下来为了改善一阶和二阶振动频率，我进行了多种方法相互结合的优化，材料替换方案，运用hypermesh尺寸优化方案，以及连续变截面结构。
图5一阶约束模态分析云图图6二阶约束模态分析云图图7三阶约束模态分析云图公式中：t、t'分别为替换前、别为替换前、后材料的屈服强度；和加载条件确定的常数。
基于Hyperworks的发动机连杆有限元模态分析
¨ ［ ｛ ｛ ｛ ， Ｘ｝ Ｍ］ Ｃ］ Ｘ｝ Ｋ］ Ｘ｝＝ ｛ Ｆ｝ ＋［ ＋［
（ ） １
式中 Ｍ ， 阻尼矩阵和刚度矩阵 。 Ｃ， Ｋ 分别为系统的质量矩阵 、 对于连杆体的模态计算来说 ， 阻尼对结构的固有频率和 ）变为 振型的影响很小 ， 可令 Ｃ ＝ ０， 因此方程 （ １
¨ ［ ｛ ｛ 。 Ｘ｝ Ｍ］ Ｋ］ Ｘ｝＝ ｛ Ｆ｝ ＋［
基于 Ｈ ｅ ｒ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ的发动机连杆有限元模态分析 ｙ ｐ
李 鹏１， 张保成１， 李 星２， 胡祝昌１， 赵开敏１
（ ） 中北大学 机电工程学院 ， 太原 ０ 唐山学院 科研处 ， 河北 唐山 ０ １． ３ ０ ０ ５ １； ２． ６ ３ ０ ０ ０
摘要 ： 以发动机连杆为研究对象 ， 采用 Ｈ 以及 ｅ ｒ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ 分析软件对连杆前十阶的模态分布情况 ， ｙ ｐ 每一模态相对应的振型进行了分析 ， 结果表明 ： 连杆的振动形 式 表 现 多 样 ， 导致连杆产生弯曲变形 设计时应尽量减少变形对连杆性能的损失 。 严重 ， 关键词 ： 发动机连杆 ； 有限元法 ； 模态分析 ； 弯曲变形
第３期
李 鹏， 张保成 ， 李 星， 等： 基于 Ｈ ｅ ｒ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ的发动机连杆有限元模态分析 ｙ ｐ
·３ ３·
４ 结论
本文在有限元法的 基 础 上 ， 结 合 模 态 理 论， 应用 Ｈ ｅ ｒ － ｙ ｐ 得出以下 ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ软 件 对 连 杆 结 构 进 行 模 态 计 算 和 分 析 ， 结论 ： （ ） 连杆的振动形式表现多样导致其产生弯曲变形严重 。 １ 图１ １ 连杆的第十阶振型 为二阶弯曲 ， 方向 垂 直 于 气 缸 中 心 线 前 后 弯 曲 ； 第六阶振型 为二阶扭转 ， 方向 垂 直 于 气 缸 中 心 线 前 后 扭 转 ； 第七阶振型 为二阶弯曲 ， 方向 垂 直 于 气 缸 中 心 线 左 右 弯 曲 ， 小头部分严 重失圆 ， 连杆小头失圆 ； 第八阶振型 为 典 型 的 弯 扭 变 形 ， 连杆 发生严重变形 ， 影响 连 杆 的 工 作 性 能 和 寿 命； 第九阶振型为 二阶弯曲 ， 方向垂 直 于 气 缸 中 心 线 前 后 弯 曲 ， 弯曲形状比第 五阶振型的弯曲 加 剧 ； 第 十 阶 振 型 为 二 阶 弯 曲， 方向垂直于 气缸中心线左右 弯 曲 。 振 型 中 存 在 的 连 杆 小 头 和 大 头 的 失 圆现象 ， 会导 致 连 杆 小 头 与 活 塞 销 及 大 头 与 曲 轴 颈 配 合 失 产生 一 系 列 故 障 ， 甚至会引起连杆断裂。所以， 在设计连 效， 尽量避免这些情况的发生 。 杆时应充分考虑其动态特性 ， （ ） 振型中存在的连 杆 小 头 和 大 头 的 失 圆 现 象 ， 导致连 ２ 杆小头与活塞销及大头与曲轴颈配 合 失 效 ， 这是连杆设计的 应尽量减少变形对连杆性能的损失 。 薄弱环节 ，