扭轉(zhuǎn)模態(tài)
關(guān)注創(chuàng)建者：Selfmaker 創(chuàng)建時間：2020-04-13
扭轉(zhuǎn)模態(tài)的視頻教程
hyperworks扭力梁從網(wǎng)格劃分到剪切中心、扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)頻率和扭轉(zhuǎn)疲勞仿真分析實例視頻教程
本課程詳細介紹了如何使用hyperworks軟件對扭力梁本體進行網(wǎng)格劃分以及剪切中心、扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)頻率和扭轉(zhuǎn)疲勞的詳細仿真過程，step by step實例視頻教程，附件包含練習(xí)文件，感興趣可跟做~ twist_beam.zip
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03-汽車振動系統(tǒng)模態(tài)識別方法及應(yīng)用
1、汽車模態(tài)分析及識別原理簡介 2、汽車模態(tài)傳統(tǒng)的識別方法流程及難點 3、基于四點法的車身彎曲及扭轉(zhuǎn)模態(tài)識別方法流程及難點 4、基于十點法的車身彎曲及扭轉(zhuǎn)模態(tài)識別方法流程及難點 5、基于二十四點法的車身彎曲模態(tài)識別方法流程及難點 6、汽車子系統(tǒng)模態(tài)識別方法流程及難點
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電池包的模態(tài)分析
2、求解器使用ABAQUS，進行模態(tài)分析步設(shè)置。 3、后處理使用HyperView,查看一階模態(tài)是否大于30Hz,以及一階彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)。
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扭轉(zhuǎn)模態(tài)的實例教程
圖4 車身扭轉(zhuǎn)剛度仿真載荷和約束示意圖
Fig.4 Torsional stiffness simulation load and constraint diagram
圖5 扭轉(zhuǎn)剛度變形云圖
Fig.5 Torsional stiffness deformation cloud
表1 車身剛度對比表
Tab.1 Body stiffness simulation results
仿真數(shù)據(jù)顯示，車身彎曲剛度性能和扭轉(zhuǎn)剛度性能遠超企業(yè)要求，可在剛度變化率較小的前提下對車身進行輕量化。
1.4 模態(tài)仿真
白車身模態(tài)是內(nèi)飾車身模態(tài)與整車模態(tài)的基礎(chǔ)，只要控制好白車身模態(tài)，便可以保證內(nèi)飾車身模態(tài)與整車模態(tài)良好。為了避免發(fā)生共振現(xiàn)象，保證汽車的NVH 性能，需要對車身進行模態(tài)仿真。模態(tài)仿真理論基礎(chǔ)
式中：——第i 階模態(tài)的特征向量；——第i 階模態(tài)的特征值。
通過Optistruct 模塊仿真得到前12 階自由模態(tài)，其中1 階扭轉(zhuǎn)模態(tài)和1 階彎曲模態(tài)如圖6、圖7 所示。車身模態(tài)仿真基頻23.5 Hz,高于共振頻率20 Hz。1 階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率與相近的彎曲頻率相差較大，不會發(fā)生彎曲與扭轉(zhuǎn)振型耦合。模態(tài)分布均勻，不會發(fā)生振型耦合，避開了激振頻率，可作為輕量化的約束條件。
展開 2、影響扭轉(zhuǎn)模態(tài)的區(qū)域
A TO HINGER，A BEAM, A TO ROOF, HINGER TO ROCKER, C TO ROOF, C PILLAR, C TO ROCKER, PACKAGE TRAY STRAIN 等。
扭轉(zhuǎn)模態(tài)優(yōu)化與彎曲模態(tài)優(yōu)化方法類似，應(yīng)該根據(jù)模態(tài)振型和應(yīng)變能的分布進行優(yōu)化。上圖中只列出了常見的優(yōu)化區(qū)域。對于三廂轎車，置物板區(qū)域的優(yōu)化對扭轉(zhuǎn)模態(tài)優(yōu)化很有幫助。對于兩廂車，背門框區(qū)域的優(yōu)化對扭轉(zhuǎn)模態(tài)優(yōu)化很有幫助。扭轉(zhuǎn)模態(tài)的優(yōu)化也可以利用節(jié)點剛度的優(yōu)化來提高優(yōu)化效率。具體方法和彎曲模態(tài)的優(yōu)化相同。
五、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度
主要用來評價白車身抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的能力。彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度反映了白車身整體框架結(jié)構(gòu)的性能，彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的優(yōu)化更多體現(xiàn)的是車身框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
1、影響彎曲剛度的區(qū)域
B TO ROOF, B TO ROCKER, B PILLAR, A PILLAR,ROCKER, REAR RAIL等
彎曲剛度的優(yōu)化，應(yīng)該結(jié)合分析結(jié)果的應(yīng)變能云圖進行。通過應(yīng)變能圖找出應(yīng)變能集中的區(qū)域進行優(yōu)化。另外可以看彎曲變形的動畫，根據(jù)變形情況進行優(yōu)化。
2、影響扭轉(zhuǎn)剛度的區(qū)域
A TO HINGER, A TO ROOF, C TO ROOF, C TO ROCKER,ROOF RAIL, A PILLAR, C PILLAR, REAR RAIL, PACKAGE TRAY
通過應(yīng)變能云圖和變形動畫確定確定優(yōu)化的方向。如，需要優(yōu)化抗彎系數(shù)還是抗扭系數(shù)？常用的方法有：
增加零件厚度，優(yōu)化搭接及焊點，優(yōu)化梁截面屬性(如，慣性矩或極慣性矩)，增加加強件等方法。
將節(jié)點剛度分析結(jié)果與參考車或數(shù)據(jù)庫進行比較，找出差異。
展開 第一章 多學(xué)科優(yōu)化分析工況
分析工況：多學(xué)科優(yōu)化考察的工況需要根據(jù)不同的策略進行篩選，本案例選擇的非線性工況為正碰和側(cè)柱碰，線性工況為彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)模態(tài)工況。案例模型為一個小的計算模型，和實際整車模型有些差別。
分析模型：
設(shè)計變量：
設(shè)計響應(yīng)：
正碰防火墻侵入量
正碰B柱加速度
側(cè)柱碰B柱侵入量
彎曲剛度
扭轉(zhuǎn)模態(tài)
第二章 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)置
本案例優(yōu)化方法使用元模型基優(yōu)化方法，采用具有域縮減的順序優(yōu)化策略，響應(yīng)面采用徑向基函數(shù)法，樣本采用使用LSOPT自帶的空間填充方法，優(yōu)化方法采用自適應(yīng)模擬退火優(yōu)化算法。
約束整車彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)模態(tài)、正碰防火墻侵入量、正碰B柱加速度、側(cè)碰B柱侵入量等性能，并以整車質(zhì)量為設(shè)計目標(biāo)。設(shè)置最大優(yōu)化迭代次數(shù)為10次。
第三章 分析優(yōu)化結(jié)果
彎曲剛度靈敏度結(jié)果
扭轉(zhuǎn)模態(tài)靈敏度結(jié)果
正碰防火墻侵入量靈敏度結(jié)果
正碰B柱加速度靈敏度結(jié)果
側(cè)柱碰B柱侵入量靈敏度結(jié)果
從靈敏度結(jié)果來看，RockerT變量對于彎曲剛度和質(zhì)量等影響是最大的。
對于其他性能，可以從靈敏度結(jié)果中查看到影響最大的設(shè)計變量，從而幫助分析設(shè)計變量的選擇。
響應(yīng)面結(jié)果：
設(shè)計目標(biāo)迭代歷史：
優(yōu)化結(jié)果：
從優(yōu)化結(jié)果來看，彎曲剛度性能基本保持不變，扭轉(zhuǎn)模態(tài)、防火墻侵入量、B柱加速度和B柱侵入量等性能均有所提高。優(yōu)化前整車模型質(zhì)量為2265.53kg，優(yōu)化后模型質(zhì)量為2241.15kg，共減重24.38kg。減重效果明顯。
結(jié)論：
整車多學(xué)科優(yōu)化是一個多系統(tǒng)的優(yōu)化問題，涉及到項目開發(fā)周期，現(xiàn)有的軟硬件資源，人力資源等多方面的因素。
展開 本文基于扭轉(zhuǎn)剛度相對靈敏度對73個零件進行了厚度優(yōu)化，對于靈敏度排名靠前的零件一般進行對于靈敏度排名靠前的零件一般進行加厚處理，而對于排名靠后的零件一般進行減薄處理，篇幅所限，僅列舉了前5位和后5位的零件厚度原始值和優(yōu)化值：
表3扭轉(zhuǎn)剛度相對靈敏前10位的零件厚度及優(yōu)化值
表4扭轉(zhuǎn)剛度相對靈敏后10位的零件厚度及優(yōu)化值
輕量化結(jié)果
該車型輕量化設(shè)計實現(xiàn)減重31Kg，質(zhì)量減輕6.94%。優(yōu)化后白車身扭轉(zhuǎn)剛度和尾門框菱形變形模態(tài)頻率分別提高4.4%和15.7%。基于扭轉(zhuǎn)剛度的輕量化系數(shù)從8.4降低到7.5，基于一階菱形扭轉(zhuǎn)模態(tài)的輕量化系數(shù)從4.8降低到3.8。優(yōu)化后還分別進行彎曲剛度、強度、安全校核。車身前彎、后彎剛度分別下降2.42%和7.95%，這是由于厚度優(yōu)化主要基于扭轉(zhuǎn)剛度的，扭轉(zhuǎn)剛度和門框菱形扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率的提升是在犧牲彎曲剛度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。不過對于本文車身承載結(jié)構(gòu)而言，更關(guān)注扭轉(zhuǎn)剛度性能，優(yōu)化后的彎曲剛度仍然滿足設(shè)計目標(biāo)要求。強度方面，輕量化對整體的應(yīng)力狀態(tài)影響不大，并且對部分高應(yīng)力區(qū)還有一定改善。
該車型輕量化后經(jīng)過軟工裝可靠性試驗、安全碰撞試驗等驗證，滿足設(shè)計要求，說明減重是有效的。
結(jié)語
（1）以某車身扭轉(zhuǎn)剛度靈敏度分析為基礎(chǔ)，應(yīng)用車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，通過對車身部分零件的厚度進行優(yōu)化，實現(xiàn)車身輕量化優(yōu)化設(shè)計，并通過試驗驗證。
（2）該車型輕量化設(shè)計減重31Kg，輕量化后扭轉(zhuǎn)剛度和尾門框菱形扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率分別提高4.4%和15.7%，車身前彎、后彎剛度分別下降2.42%和7.95%，均滿足設(shè)計目標(biāo)要求。
（3）根據(jù)寶馬公司輕量化系數(shù)概念進行了擴展，并進行了基于扭轉(zhuǎn)剛度和一階菱形扭轉(zhuǎn)模態(tài)的輕量化評價。
展開 車身模態(tài)的定義
車身模態(tài)是車身的固有屬性，其模態(tài)參數(shù)包括模態(tài)頻率，模態(tài)振型與模態(tài)阻尼。車身模態(tài)振型為車身在特定頻率下的振動形狀（mode shape)，而該特定頻率即為模態(tài)頻率(natural frequency)，模態(tài)阻尼(damping)即是抑制結(jié)構(gòu)振動的參數(shù)。
車身模態(tài)的主要研究對象
按照振型來劃分的話，車身主要的模態(tài)有彎曲模態(tài)，扭轉(zhuǎn)模態(tài)，呼吸模態(tài)與復(fù)合模態(tài)；
按照車身類型進行分類，可分為白車身模態(tài)，內(nèi)飾車身模態(tài)與整車模態(tài)；
按照整體與局部進行劃分，可分為整體模態(tài)和局部模態(tài)。
對于車身來講，在NVH性能開發(fā)的過程中，最關(guān)心的是一階彎曲模態(tài)與一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)，這是因為這兩階模態(tài)頻率值偏低，容易被動力系統(tǒng)與外界激勵的激起，引起共振。而且，由于這兩階模態(tài)均為車身整體模態(tài)，如果被激發(fā)起來，很容易引起相連部件一起振動，部件之間相互碰撞摩擦，產(chǎn)生噪音，因此這兩階模態(tài)是主要關(guān)注的兩階整體模態(tài)。
在工作工程中，我們首先要控制的是白車身模態(tài)，因為白車身模態(tài)的控制相對于內(nèi)飾車身與整車車身比較容易，模態(tài)優(yōu)化相對簡單，而且白車身是內(nèi)飾車身和整車車身的基礎(chǔ)，它們之間的模態(tài)存在一定的關(guān)聯(lián)，內(nèi)飾車身與整車車身的質(zhì)量比白車身重，但是彎曲剛度相差變化不大，因此內(nèi)飾車身與整車車身的彎曲模態(tài)會大大低于白車身彎曲模態(tài)，類似的，內(nèi)飾車身和整車車身的扭轉(zhuǎn)模態(tài)也會低于白車身扭轉(zhuǎn)模態(tài)，但是沒有彎曲模態(tài)下降那么多。所以控制好白車身的模態(tài)，內(nèi)飾車身與整車車身的模態(tài)也就有所保證。
車身模態(tài)分析的意義
車身模態(tài)分析是汽車NVH性能開發(fā)的重要指標(biāo)。
展開 
扭轉(zhuǎn)模態(tài)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
扭轉(zhuǎn)模態(tài)的最新內(nèi)容
響應(yīng)設(shè)置（Responses），定義模型全局響應(yīng)：定義電池包殼體質(zhì)量響應(yīng)和第一階頻率響應(yīng)
①質(zhì)量響應(yīng)（MASS）
②一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率（FREQ）
圖3 定義質(zhì)量響應(yīng)和一階頻率響應(yīng)
約束條件：
①定義優(yōu)化約束條件，本案例以質(zhì)量≤4.5kg為約束條件，具體設(shè)置方法如圖4所示：
圖4 質(zhì)量約束建立
②定義制造工藝約束
例如白車身扭轉(zhuǎn)剛度與模態(tài)分析，傳統(tǒng)有限元前處理 7 天，SimSolid 只需 8 分鐘完成建模。
? 4. 分析類型全面
涵蓋靜力學(xué)（線性/非線性）、動力學(xué)、模態(tài)、瞬態(tài)、譜分析、隨機振動、頻響、熱分析（穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)）、疲勞分析等，與主流有限元功能覆蓋一致，但效率提升可達百倍。
? 5.
例如白車身扭轉(zhuǎn)剛度與模態(tài)分析，傳統(tǒng)有限元前處理 7 天，SimSolid 只需 8 分鐘完成建模。
? 4. 分析類型全面
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? 5.
在二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)中，白車身的振型會在至少一個軸線上展現(xiàn)出相反方向的扭轉(zhuǎn)，形成一個或多個節(jié)點。這些節(jié)點是車身扭轉(zhuǎn)振動幅度最小或為零的點，使得車身在節(jié)點兩側(cè)的部分以相反方向扭轉(zhuǎn)。
對于二階彎曲模態(tài)，同樣會觀察到至少有一個節(jié)點，使得車身在該節(jié)點兩側(cè)的部分呈現(xiàn)出相反的彎曲方向，類似于“S”形的振型。
3.
iSolver模態(tài)頻率結(jié)果和MSC Nastran商用有限元軟件結(jié)果對比：
1）第一階柔性模態(tài)振型對比
圖2 副車架第一階（142.7Hz）柔性扭轉(zhuǎn)模態(tài)-iSolver
圖3 副車架第一階（143.8Hz）柔性扭轉(zhuǎn)模態(tài)-MSC Nastran
2）第二階柔性模態(tài)振型對比
圖4 副車架第二階（249.7Hz）柔性彎曲模態(tài)-iSolver
圖5 副車架第二階
單向受彎穩(wěn)定驗算應(yīng)力比為0.851：
屈曲模態(tài)為風(fēng)吸組合工況下翼緣受壓產(chǎn)生的橫向扭轉(zhuǎn)屈曲模態(tài)
，實現(xiàn)機翼剛度優(yōu)化設(shè)計，進而提升機翼的扭轉(zhuǎn)剛度；機翼蒙皮增厚可有效地提高機翼剛度，進而提高垂向彎曲和弦向彎曲模態(tài)頻率，尤其是提高了扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率。
實驗表明，多旋翼無人機臂的主要振動為300 Hz以下的低頻振動，主要產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲模態(tài)。該研究還提出了一種抑制多旋翼無人機振動的改進策略。
關(guān)鍵詞：多旋翼無人機;結(jié)構(gòu)振動;低頻;扭轉(zhuǎn)模態(tài);彎曲模態(tài);
現(xiàn)在無人機系統(tǒng)正朝著提高無人機自主能力方向發(fā)展，主要集中在提高其智能化水平上，如環(huán)境感知[1]、規(guī)劃[2,3]和控制[4]等，但是對于無人機結(jié)構(gòu)本身關(guān)注的不太多。
優(yōu)化后的缸體再次進行仿真和模態(tài)測試，仿真結(jié)果如圖7所示，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)提升至683Hz，試驗結(jié)果，一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)提升至690.8 Hz，試驗結(jié)果與仿真結(jié)果一致。優(yōu)化前后缸體模態(tài)測試結(jié)果見表6。
3.2 試驗結(jié)果
車身總成模態(tài)試驗結(jié)果見表 2，試驗典型模態(tài)振型，即第一階模態(tài)、車身整體一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)、車身整體一階彎曲模態(tài)如圖 6—圖 8 所示。
