白車身模態分析的案例
白車身模態分析流程、建模指導書及標準
簡單的介紹分析。
白車身模態分析流程、建模指導書及標準.part1.rar
白車身模態分析流程、建模指導書及標準.part2.rar
基于Hyperworks+lsdyna白車身自由模態分析 ￥15
模態分析是計算或試驗分析固有頻率、阻尼比和模態振型這些模態參數的過程。模態陣型是體現結構在某一特定頻率下的振動形狀，而這種特定陣型所對應的就是模態頻率。白車自由模態分析，即模型不加任何形式的約束下的模態分析。白車身自由模態分析的分析對象就是白車身，又簡稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結構，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發動機罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。分析的頻率范圍通常設定為1-100Hz；下限設為1Hz，其目的是避免計算前6階的剛體模態。本案例主要介紹如何使用Hyperworks+lsdyna進行白車身自由模態分析，考慮到節約計算時間,僅提取前10階模態。
前處理：Hyperworks/lsdyna 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉及一階彎曲模態識別（見收費內容）：
整體一階扭轉陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
本案例僅提供模型文件結果文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信，同時可參考CAE追夢者前期發的帖子《基于Hyperworks白車身自由模態分析及模態陣型線性疊加》中采用optistruct軟件進行白車身自由模態分析的結果，進而對比lsdyna與optistruct在計算模態分析中的差異。
展開 基于HyperMesh的某商用車白車身模態研究
2 計算分析
2.1 計算模型
本文采用 HyperMesh 軟件建立某商用車白車身三維數據的有限元分析模型，對整體性能影響很小的車身細微結構特征適當簡化，然后通過焊點把各部件連接，白車身沖壓件為薄壁金屬件，用殼單元模擬，點焊采用 RBE2 單元模擬，焊道結構采用 Solid 實體單元模擬[4]，部件之間的連接關系模擬實際車身結構，在進行模態分析時，不考慮結構中焊點失效，認為焊點連接是可靠的。模型連接時先焊接頂蓋、側圍、地板及前圍，然后將其拼裝成白車身[5]。本文建立的白車身模型共799 627 個殼單元，827 628 個節點，6 238 個焊點，連接好的白車身模態分析模型如圖 1 所示。
2.2 計算結果
本文采用 HyperMesh 軟件作前處理建模，MSC Nastran 作為求解器計算自由狀態下白車身結構模態，對白車身的振動響應影響相對較大的激勵頻率多集中在低頻域，輸出前 10 階范圍內的固有頻率和振型，各階模態結果如表 1 所示，白車身第一階模態、一階扭轉模態、一階彎曲分析陣型如圖 2—圖 4 所示。其中，白車身第一階模態為頂蓋的橫向擺動，為局部板件結構的振動振型。整車一階扭轉及整車一階彎曲為白車身整體模態，需重點對比關注。
3 模態試驗
3.1 試驗方案
采用 LMS 數據采集記錄儀進行白車身模態試驗，采用多點激勵多點響應的測試方案，支撐采用 4 套雙腔空氣彈簧支撐車身（滿足彈簧支撐最高剛體頻率小于第一階彈性體頻率的 1/3）、三點三方向激勵（Z 向激勵力 25 N 左右、橫向激勵力在 20 N）、 激振器通過柔性桿與車身固定連接，共布置 314 個測點[6]。
展開 基于Hyperworks白車身自由模態分析及模態陣型線性疊加 ￥25
模態分析是計算或試驗分析固有頻率、阻尼比和模態振型這些模態參數的過程。模態陣型是體現結構在某一特定頻率下的振動形狀，而這種特定陣型所對應的就是模態頻率。白車自由模態分析，即模型不加任何形式的約束下的模態分析。白車身模態分析的分析對象就是白車身，又簡稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結構，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發動機罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。分析的頻率范圍通常設定為1-100Hz；下限設為1Hz，其目的是避免計算前6階的剛體模態。本案例考慮到節約計算時間,僅提取了頻率小于50HZ的所有模態。
前處理：Optistruct 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉及一階彎曲模態識別（見收費內容）：
整體一階扭轉陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
模態陣型線性疊加
針對后處理（模態分析-后處理）中根據模態分析輸出的結果，陣型或者應變能云圖采用線性疊加的方法，得到所有任意階數下線性疊加后的陣型圖或應變能云圖。
16階模態陣型線性疊加圖
凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對本案例中的操作問題我將免費為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
展開 
基于optistruct簡易白車身模態分析 ￥40
模態分析是計算或試驗分析固有頻率、阻尼比和模態振型這些模態參數的過程。模態陣型是體現結構在某一特定頻率下的振動形狀，而這種特定陣型所對應的就是模態頻率。白車自由模態分析，即模型不加任何形式的約束下的模態分析。白車身自由模態分析的分析對象就是白車身，又簡稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結構，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發動機罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。本案例主要介紹如何使用Hyperworks+optistruct進行白車身簡易模型自由模態分析，考慮到節約計算時間,僅提取前10階模態。
模態分析結果動畫
白車身分析模型
本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
展開 基于HyperWorks焊點等效方法在白車身分析中研究
圖2 焊點等效模型
表2 焊點等效的結果比較
4 等效ACM焊點對白車身模態及剛度的影響研究
本研究是基于上述的研究結果，在HyperMesh中建立某車型的白車身網格模型，采 用5mm×5mm的網格，利用等效的ACM焊點進行建模，某轎車的白車身有直徑為4mm及6mm兩種焊點，等效后的4mm及6mm焊點直徑為20mm及30mm，保持焊點的拉伸剛度不變，彈性模型由210000GPa變為8400GPa，如圖3所示，對該轎車的白車身有限元模型進行包括模態、扭轉剛度及彎曲剛度分析。
圖3 白車身模型
4.1 白車身模態分析
汽車行駛在不同的路面上，會受到外界的沖擊作用，當外界的激勵頻率接近或達到白車身局部或整體的固有頻率時，會使車身件發生共振，產生噪音，影響其舒適性，嚴重時會引起車身件的振動疲勞破壞。因此，有必要對白車身進行模態響應分析，特別是一階整體扭轉模態，進而根據標準要求或經驗對模態進行評價，避免共振的發生。
一階扭轉模態是白車身關注的重要模態，企業標準要求一階扭轉模態大于43Hz。為了提高計算效率，將模態頻率設定在0-50Hz范圍內，利用Nastran線性分析軟件進行該白車身的有限元模態分析，經計算得到的一階扭轉模態為44.09Hz，結果如下圖4所示。
實驗采用多點激振、多點響應的方法提取白車身的模態。用軟繩在前懸架支承區域和后保險杠防撞梁區域將車身懸吊起來。在白車身區域選取激勵點，同時對x、y、z三個方向分別進行激勵，并測試出激勵點處x、y和z向的加速度響應，計算傳遞函數，對傳遞函數求平均，進行模態定階。實驗測得一階扭轉模態值為43.6Hz，振型如圖4所示。
一階扭轉模態的仿真值為44.09Hz，實驗值為43.6Hz，誤差不超過2％，對標性較好。
展開 白車身的模態的分析流程 ￥1
1.分析目的
2.分析軟件簡介
3.分析模型建立
3.1 網格描述
3.2 邊界條件
4.分析結果
5.結論
1.分析目的
模態分析作為動力學分析的基礎，主要用于確定白車身結構振動特性，即固
有頻率和振型，也可以通過其對白車身的模態扭轉剛度和模態彎曲剛度進行初步評價。對白車身進行模態分析考察其固有頻率是否會在外界激勵的作用下產生共振和噪聲，指導結構的設計和優化。本報告采用有限元方法對 QQ458321486 白車身進行了前進十階模態分析，與開閉件的一階模態和發動機的怠速頻率進行對比，目的是考察其固有特性是否滿足設計要求，定性地評價 QQ458321486 白車身的結構設計，為后期新車型的開發提供參考依據。
2.分析軟件簡介
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進行求解。通過 Altair Optistruct 可以進行任何形狀、尺寸、拓撲結構的優化，采用固定的內存分配技術，具有很高的計算精度和效率。
3.分析模型建立
3.1 網格描述
對車身設計部門提供的 QQ458321486 白車身 CAD 模型進行有限單元離CAD 模型、有限元模型以及焊點如圖 1 所示。
展開 【案例】詳解——基于HyperWorks + Ls-Dyna白車身自由模態分析 ￥25
Ls-Dyna模態分析求解的設置過程：</strong></p><p>用到兩個隱式控制關鍵字：</p><p><strong>1） *CONTROL_IMPLICIT_EIGENVALUE</strong></p><p><strong><em>補充：</em></strong></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/86StIQz4mKM0M4ia4Ez7ERqBVFPCyF1sYyibDibtlT2GUak9KSib6ZLLwDtSl370gSwvrWobM5xfvz1ssPf1ibetanA/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p>
展開 白車身試驗模態總結報告
3.4
3.7 數據分析
使用模態測試分析軟件處理采集數據，生成模態振型圖。
3.5
3.8 結果驗證
最后是驗證結果，對得到的模態結果進行驗證，驗證的目的是對模態參數估計得到結果的正確性進行檢驗。模態模型驗證可以按照三種級別進行，如下：
第一級驗證相當直觀，不涉及任何數學工具。對振型進行視覺檢查（這時經驗就顯得尤為重要了），或者把實測得到的頻響函數與從模態參數識別過程中綜合得出的頻響函數進行比較，這些都是這一級模態模型驗證的典型方法。
第二級驗證是利用某些數學工具來檢驗估計出來的模型的質量。比如模態判定準則（MAC），模態參預（MP），互易性，模態超復雜性，模態相位共線性，平均相位偏移，模態置信因子（MCF）等等。
第三級驗證是個部工具驗證：可以使用計算模型對試驗模型進行驗證，如相關性分析。
圖 3?6白車身模態試驗MAC矩陣各響應點的數值示意圖
3.9 其它注意事項
（1）導線兩端都需要編號。
（2）試驗過程中嚴禁觸碰車身或踩踏試驗導線。
（3）移動和粘貼傳感器的動作力度要小，以免引起車身運動過大導致力傳感器與結構脫開。
4. 總結
由于白車身結構的復雜性，模態比較豐富、密集。這就要求在進行模態試驗數據采集時，要特別注意支承方式、激勵方式、激勵點的選擇，以及測點的布置等影響模態分析結果的因素；保證采集的數據真實反映白車身的特性。運用各種參數識別方法提取模態參數，并且通過相互校核，保證獲取的參數能準確反映白車身的動態特性。結合研究目的，為進一步的分析和修改奠定基礎。
展開 車身有限元模態分析與試驗模態分析比較
本文利用MSC.Nastran有限元分析軟件和MSC.Patran前后處理軟件，微型貨車車身進行了FEA建模，并進行了車身模態的理論計算分析，理論模態分析結果與試驗模態分析結果進行了對比，對比結果證明了理論分析和試驗分析的一致性非常好，這說明了此部分的分析工作完全可以利用計算機來代替試驗室的大量同類試驗工作，并且可以在還沒有設計樣車的設計過程中進行。
前言
在汽車產品設計中，預先掌握所設計產品的動態特性，從動態角度對產品進行設計，使所設計的產品滿足動態要求，是非常重要的。獲得產品結構的固有振動頻率和振型，可以從兩個方面得到，一種方法是通過對實際樣車進行試驗，識別出結構的各階模態頻率和振型，另一種方法是通過理論分析計算，分析計算出結構的各階模態和振型。試驗方法的局限性是必須在設計樣車制造出來之后，才能進行試驗分析，通過對實際樣車的試驗分析，得出產品的基本動態特性，再返回去修改設計，通過幾輪樣車制造和大量的試驗分析，最終也能得到一個較為滿意的產品，但周期長費用高。理論計算分析方法可以在沒有實際樣車而只有設計結構的情況下，得出所設計產品的各階模態，預測出產品的動態特性，從而能減少樣車的制造次數與試驗次數，節省開發費用和縮短開發周期。
由于汽車車身結構是一個非常復雜的板殼結構，不可能應用簡單的力學公式直接計算，而必須把其結構離散化，利用有限元方法的計算分析，才能得出結果分析結果。
本文利用有限元方法，采用MSC.Patran軟件離散并建立了微型貨車車身（以下稱為白車身）的有限元模型，利用MSC.Nastran求解該模型，得出了白車身的各階自由振動頻率和振型，并和試驗模態進行了對比。
展開 【SIMU圖文教程】_06_白車身模態和剛度提升方法
將節點剛度分析結果與參考車或數據庫進行比較，找出差異。在節點剛度的分析模型上進行優化，具體方法可以有：優化焊點分布，優化搭接，增加加強筋或加強件，優化零件厚度，優化腔體的截面等方法。
六、料厚優化
通過優化白車身板件厚度來提高白車身模態和剛度性能的方法。建議料厚優化放在結構優化之后進行，因為通過結構優化可以得到較好的車身結構，在這個模型上進性料厚優化更有意義。料厚優化不僅可提高白車身的模態和剛度，還可以通過控制質量的方式進行減重。即實現材料厚度的最優化。
七、白車身模態優化和剛度優化的區別
1、模態優化
結構的模態既有剛度的貢獻也有質量的貢獻，因此在優化模態時即可優化剛度也可優化質量。對于白車身的彎曲和扭轉模態，往往也有局部模態參與其中。這時，優化局部結構對整體模態的提高有一定幫助。如，彎曲模態中有備胎盒的局部模態，這時優化備胎盒結構后彎曲模態會提高一些，但整車的彎曲或扭轉剛度卻基本沒變。白車身模態的優化即可以從整體框架結果上進行優化，也可以從局部結構上進行優化，建議根據具體情況決定。
2、剛度優化
白車身剛度主要和結構、焊點、料厚相關。彎曲和扭轉剛度的優化工作主要集中在車身整體框架結構的優化上。和模態的優化不同，框架結構外的局部優化對剛度提高意義不大。如提高前端模塊的剛度后彎曲模態提高，但彎曲剛度卻基本沒變化。
末：
不定期更新CAE分析中的小Tips，歡迎大家關注
展開 
如何理解和區分汽車白車身的一階與二階模態？
模態分析是一項至關重要的分析手段，它讓工程師能夠預測和優化車輛在設計和測試過程中的振動特性。那么，如何區分一階和二階模態？本文將提供一個綜合的視角，幫助理解這一關鍵概念。
1. 一階模態振型
對于汽車白車身來說，一階模態通常指的是整個車身圍繞其重心軸線的均勻扭轉或者整體的彎曲。
在一階扭轉模態中，車身會表現出一個統一的扭轉形態，從車頭到車尾，沒有中間部分保持靜止或在相反方向扭轉的現象。這種模態在整個車身長度上是連續的，且沒有明顯的節點。
而在一階彎曲模態中，車身像一個彈性梁一樣，從一端到另一端呈現出單一的彎曲形狀，沒有反方向彎曲的區域，整體彎曲如同一個最簡單的弧線。
2. 二階模態振型
二階模態相較于一階模態來說，更加復雜。它涉及到更高層次的結構振動，其特征是在結構的振型中至少存在一個節點。
在二階扭轉模態中，白車身的振型會在至少一個軸線上展現出相反方向的扭轉，形成一個或多個節點。這些節點是車身扭轉振動幅度最小或為零的點，使得車身在節點兩側的部分以相反方向扭轉。
對于二階彎曲模態，同樣會觀察到至少有一個節點，使得車身在該節點兩側的部分呈現出相反的彎曲方向，類似于“S”形的振型。
3. 如何區分
區分一階和二階模態的關鍵在于觀察振型中的連續性和對稱性，以及節點的位置和數量。
在扭轉模態中，一階模態振型通常沒有節點，而二階模態至少有一個節點，如下圖1。
在彎曲模態中，一階模態是連續彎曲的，沒有反向彎曲；而二階模態則有一個節點，且在節點兩側彎曲方向相反，如下圖2。
工程師可以通過后處理軟件的可視化工具，詳細觀察每一個模態的特性，從而進行準確的識別。
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準確之處，請您不吝賜教。
個人學習總結，整理不易，未經本人允許請勿搬運。數值錯誤在工程計算中常常源于單位不一致。
展開 白車身彎曲剛度分析 ￥1
目 錄
1 分析目的
2 使用軟件說明
3 有限元模型建立
4 白車身彎曲剛度分析邊界條件
5 分析結果
6 結論
1 分析目的
車身是轎車的關鍵總成，除了保證外形美觀以外，汽車設計工程師們更注重車身結構
的設計。車身應有足夠的剛度，剛度不足，會導致車身局部區域出現大的變形，從而影響
了車的正常使用。低的剛度必然伴隨有低的固有頻率，易發生結構共振和聲響。
本報告以 QQ 白車身為分析對象，利用有限元法，對其進行了彎曲剛度分析。
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、
功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與
分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，
與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一
個綜和隱式和顯示求解器于一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題
都可以通過其進行求解。Altair Optistruct 最強大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 Altair
Optistruct 可以進行任何形狀、尺寸、拓撲結構的優化，采用固定的內存分配技術，具有
很高的計算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據設計部門提供的白車身的工藝數模建立 QQ 的計算模型，對模型進行了有限元離
散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，
少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要；粘膠用實體單元模擬，焊點采用 CWELD
和 RBE2 單元模擬。
展開 白車身結構強度分析報告
1.分析目的
白車身結構的靜強度不足則會引起構件在使用過程中出現失效。本報告采用有限元方法對Q11白車身分別進行了滿載、 1g制動、0.8g轉彎、右前輪抬高150mm、左后輪抬高150mm、右前輪左后輪同時抬高150mm,6種工況的強度分析，觀察整車受力狀況，找出高應力區，考察其零部件的強度是否滿足要求，定性地評價Q11白車身的結構設計，并提出相應建議。
2.使用軟件說明
本次分析采用HyperMesh作前處理，Altair optistruct求解。HyperMesh是世界領先的、功能強大的CAE應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級CAE平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種CAD和CAE軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進行求解。通過Altair Optistruct可以進行任何形狀、尺寸、拓撲結構的優化，采用固定的內存分配技術，具有很高的計算精度和效率。
3.模型建立
對車身設計部門提供的Q11白車身CAD模型進行有限單元離散，CAD模型以及有限元模型如圖3.1所示。白車身所有零部件均采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要，網格描述見表3.1。
展開 白車身扭轉剛度分析報告 ￥1
1 分析目的
2 使用軟件說明
3 有限元模型建立
4 白車身扭轉剛度分析邊界條件
5 分析結果
6 結論
1 分析目的
車身是轎車的關鍵總成，除了保證外形美觀以外，汽車設計工程師們更注重車身結構的設計。車身應有足夠的剛度，剛度不足，會導致車身局部區域出現大的變形，從而影響了車的正常使用。低的剛度必然伴隨有低的固有頻率，易發生結構共振和聲響。本報告以 QQ 白車身為研究對象，利用有限元法，對其進行扭轉剛度分析。
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領先的、功能強大的 CAE 應用軟件包，也是一個創新、開放的企業級 CAE 平臺，它集成了設計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進行求解。Altair Optistruct 最強大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 AltairOptistruct 可以進行形狀、尺寸、拓撲結構等優化，采用固定的內存分配技術，具有很高的計算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據設計部門提供的白車身的工藝數模建立 QQ 的計算模型，對模型進行了有限元離散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質量網格的過渡需要；粘膠用實體單元模擬，焊接采用 CWELD和 RBE2 單元模擬。其中四邊形單元 469700 個，三角形單元 15543 個，三角形單元比例3.4%。
展開 