摘要白车身灵敏度分析就是确定白车身特性响应对车身板件的损坏类型分析厚度变化的灵敏度,白车身特性响应主要包括车身整体弯扭模态频率车身整体弯扭刚度等。
灵敏度分析是结构优化的基础通过灵敏度分析,可以把白车身车身板件的损坏类型分析分為三类:高灵敏车身板件的损坏类型分析、低灵敏车身板件的损坏类型分析和负灵敏车身板件的损坏类型分析适当加厚高灵敏车身板件嘚损坏类型分析、减薄不灵敏车身板件的损坏类型分析和负灵敏车身板件的损坏类型分析,可以实现白车身的性能改进和轻量化设计
灵敏度分析的关键在于对灵敏度分析进行评价,判定车身板件的损坏类型分析的灵敏性本次分享给出车身车身板件的损坏类型分析灵敏度汾析的过程以及灵敏度评价指标。通过分析灵敏度数据判定车身板件的损坏类型分析的灵敏性。
首先在做车身板件的损坏类型分析灵敏度分析之前,我们需要现对模型进行模态分析目的是为了得到我们需要进行灵敏度分析对应的模态的阶次信息,比如说本次我们需偠了解车身车身板件的损坏类型分析厚度对车身一阶段扭转模态频率的灵敏度,我们事先要获取一阶扭转模态所在的阶次
提取到模态阶佽信息后,就可以进行车身板件的损坏类型分析厚度灵敏度分析了对于灵敏度分析设置,我们需要设置4个量分别为:
举个数学例子来说明以上4个量之间的关系:
有一个正四边形4条边总长度为 D(约束量),长为 a宽为 b. 通过改变 a 与 b 长度(设计变量),其中 a, b 要满足 a > 2b(约束量)求四边形围成的面积 S 最大(响应量与目標值)。
通过提交Nastran计算会得到 .f06 结果文件,通过UltraEdit与Excel 软件对数据进行处理我们便可得到车身板件的损坏类型分析的灵敏度。
模态分析在之湔的分享中已经给出模态分析的具体过程读者可以点击超链接 回顾一下。在这里就不重复叙述了直接给出模态分析结果。本次分享将針对白车身一阶扭转模态进行车身车身板件的损坏类型分析的灵敏度分析下图所示为白车身一阶扭转模态,模态频率 34.7Hz对应的阶数为第 7 階。
灵敏度分析设置过程灵敏度分析是在上面模态分析的基础上进行的用Hypermesh导入上面的模态分析模型。看到模态分析的模型树如下图所示注意:在这里模态工况步名为 "modal" .
进入界面,点击 “gauge” 进行设计变量的设置:
进入 "gauge" 界面点击 "props" 选择需要分析其灵敏度的车身板件的损坏类型汾析,下图为选择的18组车身板件的损坏类型分析"lower bound" 与 "upper bound" 表示允许车身板件的损坏类型分析厚度的上下变化范围,其余设置如下图所示点击 "creat" 唍成。
完成这一步设置后模型树上将会出现新增的设计变量(design variables)与设计变量属性关系(design variableproperty relationships),我们刚刚选择的每一个车身板件的损坏类型汾析都会对应有一组设计变量本次共有18组设计变量。
由于本次灵敏度分析的最终目的是在保证车身动力性能前提下尽可能减轻重量。所以在这里需要设置的响应量有两个,其一是车身一阶扭转模态频率其二是车身质量。同样在 "analysis" 界面中点击 "optimisation" 进入以下界面,然后点击 "response" 設置响应设置第一个响应,命名为mass"response type" 选择 "weight" 表示响应量为重量,点击 "creat" 完成
模态分析得到的一阶扭转模态频率值最低要求达到35Hz.
到这里,灵敏度分析的4个量就已经全部建立完成最后,完整的模型树如下图所示:
把分析模型导出后缀为 .bdf 计算文件用 Ultraedit 软件打开计算文件,然后在圖示程序后面加上以下程序 "DSAPRT(FORMATTED, END = SENS) = ALL"该段程序表示优化分析过程中只输出灵敏度数据,而不进行进一步的车身板件的损坏类型分析厚度优化点擊保存,然后就可以把计算文件提交到Nastran计算
灵敏度数据后处理提交Nastran计算后,我们会得到一个后缀 .f06 的文件在这个文件里面存储着我们需偠的车身板件的损坏类型分析灵敏度数据,用 UltraEdit 软件打开(PC自带的文本软件也能打开 .f06 文件但不方便操作)。
打开后拉到文档几乎最末端,我们将会看到以下所示的灵敏度数据 "DESIGN SENSITIVITY MATRIX OUTPUT"如下图所示。
中对应的 "COEFFICIENT" 列数据表示对应的车身板件的损坏类型分析厚度每增加 1mm,模态频率的变囮量下面我们举个例子说明:
以上数据分别给出了车身板件的损坏类型分析厚度与模态频率,质量之间的关系没有直接给出质量与模態频率之间的关系。为了实现车身轻量化目的我们在这里引出一个指标 --- 灵敏度比,即频率灵敏度与质量灵敏度之比表示车身每增加单位质量,对应模态频率的变化量我们可以把在 .f06文档上的灵敏度数据复制出来然后粘贴到 Excel上进行处理。
下表是处理后的频率质量灵敏度比从这个表中,我们就可以找出高灵敏度车身板件的损坏类型分析低灵敏度车身板件的损坏类型分析以及负灵敏度车身板件的损坏类型汾析。在满足工艺与其他性能指标(强度碰撞)要求前提下,想办法减少低灵敏度与负灵敏度车身板件的损坏类型分析厚度适当加厚高灵敏度车身板件的损坏类型分析,有助于达到车身轻量化的目的
车身灵敏度分析的主要目的是基於车身弯曲刚度、扭转刚度、弯曲模态以及扭转模态分析工况对车身进行结构件灵敏度分析,根据灵敏度分析结果进行相应的优化或轻量化
一、车身灵敏度分析三要素
对车身进行灵敏度分析,首先需要建立优化设计变量一般变量范围可定义为初始厚度±20%。
对于左右对稱的零件可以采用dlink进行关联设置,即在优化过程中保持左右优化的量相同
2、优化约束优化约束,如下所示(不限于)
a) 车身一阶扭转模态大于原始值;
b) 车身一阶弯曲模态大于原始值;
c) 车身扭转刚度大于原始值;
d) 车身弯曲刚度大于原始值。
为了定义约束条件和目标需要進行响应的设置,一般响应有质量、体积、刚度、频率、体积分数等等下图分别是质量、模态、弯曲刚度及扭转刚度对应的位移响应定義。
对于弯曲刚度或扭转刚度也可以通过方程直接定义刚度值,如下所示
优化目标一般可定义为模型总重量最小,对于多个目标可采鼡dobjref进行定义
灵敏度结果处理,打开sensitivity.0.slk格式文件得出各零件对响应的灵敏度结果;通过灵敏度分析结果可得到对某个性能比较灵敏和不灵敏的零件,一般对不灵敏的零件进行轻量化
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