動剛度
關注創建者：重慶汽車CAE 創建時間：2015-12-24
動剛度的視頻教程
基于hyperworks與nastran的車身原點動剛度與IPI仿真分析教程
高的接附點動剛度提升了安裝點動剛度和安裝點隔振襯套的剛度比，同時增加了安裝點對發動機、路面激勵的隔振作用。
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02-汽車動剛度分析方法及實際應用
1、汽車動剛度分析簡介 2、汽車動剛度分析目標來源 3、汽車動剛度分析方法 4、汽車動剛度結果處理方法對比 5、汽車動剛度優化方法及在實際工程中的應用
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動剛度的實例教程
其中，動剛度與阻尼參數是核心評價指標，它們如同隔振系統的“脈搏”與“剎車”，共同守護著設備的高效運轉。
動剛度不同于靜態剛度，它表征材料在動態載荷下抵抗變形的能力，是頻率的函數。高動剛度能有效抑制高頻振動的傳遞，避免設備因外部激勵產生劇烈晃動；低動剛度則適用于低頻隔振，減少能量向基礎的傳遞。若設計不當，動剛度過高可能導致“硬連接”，加劇共振風險；過低則可能引發位移超限，影響設備定位精度。而阻尼參數則決定了系統耗散振動能量的效率，猶如為振動按下“緩沖鍵”——既能抑制共振峰值，又能加速振動衰減，避免結構疲勞損傷。
在壓縮機、精密儀器乃至新能源汽車中，精準匹配動剛度與阻尼參數，是實現“穩如磐石”與“靜若止水”平衡的關鍵。它們是工程師破解振動難題的密碼，更是現代工業邁向低噪聲、高可靠性的基石。
動剛度及阻尼測試
下面以腳墊隔振器軸向剛度測試為例基于振動臺的方法介紹動剛度及阻尼的獲取步驟。
1.測試
使用剛性夾具固定橡膠墊，確保僅受軸向載荷，模擬實際工況的預壓縮量，在橡膠墊頂部安裝已知質量塊（質量m），確保其剛性遠高于橡膠墊。在振動臺臺面（測點1）和質量塊（測點2）各安裝一個加速度傳感器，測量加速度信號a1(t)和a2(t)。若條件允許，在橡膠墊頂部安裝力傳感器，直接測量動態力F(t)。
采用步進正弦掃頻，頻率范圍5-200Hz（根據實際感興趣的頻率范圍進行定義），步長建議1-5Hz（在共振區加密），恒定加速度或力幅值（如果具備力傳感器條件），確保線性響應，避免橡膠進入非線性區。
同步采集a1(t)、a2(t)及F(t)（若有），記錄各頻率點的時域信號。
展開 對于線性系統，剛度表示為作用在系統上的載荷力F與其受力變形量D之間的比值。正如系統的模態參數（振型，頻率與阻尼），剛度也是系統的固有特性，它不受外界載荷和響應的影響。在系統中施加靜力載荷并測量位移響應，兩者之比就可以得到系統的靜剛度，表達式如下：
K=F/D
其中，k為靜剛度，單位N/mm；
D為位移響應，單位mm；
F為載荷，單位N。
當在系統中施加動態載荷（載荷隨頻率變化而變化）并測量位移響應，兩者之比就可以得到系統的動剛度，動剛度表達式推導如下。
對于一個單自由度彈性阻尼系統，其動力學方程為：
將位移響應x與激勵力f設為：
將上式代入振動方程可得動剛度的表達式為：
從動剛度的表達式可以看出，動剛度是與激勵頻率有關的函數，剛度值隨著頻率ω的變化而改變，而不再是一個固定值，其中包含著實部和虛部，其幅值為：
當激勵頻率ω=0時，動剛度與靜剛度相等，說明靜剛度是動剛度的一種特殊情況。
從動剛度的幅值表達式可以看出，動剛度的值除了與系統靜剛度k和激勵頻率ω有關外，還與系統的質量m和阻尼c有關。當系統在某一頻率段內出現動剛度不足需要對系統進行優化的時候，可以從提高系統靜剛度，調整質量，增加阻尼，改變激勵頻率等方向對系統進行針對性優化，達到提高系統動剛度的目的。
展開 連接點動剛度是室內怠速噪聲與路面噪聲的重要影響因素。研究表明，反映連接點動剛度特性的原點加速度導納 IPI 對室內聲壓響應起主導作用，雖然車身內飾和室內空腔也影響室內聲壓，但若加速度導納特性差則很難通過后期其他的優化方法來達到提升整車NVH能的目的。因此車身各個安裝點的動剛度對車內振動和噪聲有著巨大的影響，對動剛度進行分析和優化具有十分重要的工程意義。高的接附點動剛度提升了安裝點動剛度和安裝點隔振襯套的剛度比，同時增加了安裝點對發動機、路面激勵的隔振作用。（摘要引用于百度文庫“車身接附點動剛度的研究”）
模型信息：
IPI(Input Point Inertance)分析是在一定頻率范圍內通過在加載點施加單位力作為輸入激勵，同時將該點作為響應點，測得該點在對應頻率范圍內的加速度導納。
上式又可寫為：
前處理：Hypermesh 14.0
求解器：Optistruct
后處理：Hypergraph 14.0
減震器左連接接觸附點
結果信息：
加速度原點導納（IPI）
原點動剛度（Kd）
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。
展開 動剛度是動載荷下抵抗變形的能力，動剛度不足將對車身結構件疲勞壽命和整車乘坐舒適性產生非常不利的影響。整車在行駛過程中，會受到各種各樣的動載荷的作用，當動載荷與車身結構的動力學特性接近時，即動載荷的某分量與車身結構的某階模態的固有頻率接近時，將可能引發結構共振產生較高的動應力，導致車身結構的疲勞破壞；動剛度對乘坐舒適性的影響主要表現在NVH性能上，一般而言，車身對激振源的響應越小（如響應所產生的振動位移越小），NVH性能越舒適，有經驗的試車員甚至能夠通過通過NVH主觀評價判定車身、懸置支架等結構動剛度的不足。
通過動剛度分析，可以較早的預測結構動態設計的不足，如果發現問題在整車開發的前期，可以很容易的修改結構，如若在后期發現問題，則各種車身結構的修改空間很小，僅靠調整懸置元件的剛度等參數來改善汽車動態特性，則增加了解決問題的難度。所以在動力總成懸置系統開發過程中，進行懸置支架的動剛度分析是非常有必要的。
2 動剛度基本理論
頻率響應分析可以實現對結構的動態特性分析,預測結構的持續動力特性,驗證設計能否克服共振、疲勞及其受迫振動引起的結構破壞，是計算線形結構在穩態振動激勵下的響應的方法。對于線彈結構,一般采用粘性阻尼或結構阻尼振動系統，阻尼的作用主要是轉移系統的能量，結構阻尼主要是由于不完全彈性的結構材料的內摩擦和在結構的固定連接處，接觸面之間的摩擦力引起的。根據汽車的結構形式,對汽車車身采用結構阻尼系統。在車身仿真分析中,車身的局部剛度常采用速度導納進行評價。對于速度頻率響應分析,常把載荷輸入點與響應點取同一點,稱為Driving Point Mobility,簡稱為Point Mobility。與Mobility密切相關的一個概念是動剛度，表征了結構在動載荷作用下抵抗變形的能力，動剛度不足將對車身疲勞壽命和整車乘坐舒適性產生非常不利的影響。
展開 連接點動剛度是室內怠速噪聲與路面噪聲的重要影響因素。研究表明，反映連接點動剛度特性的原點加速度導納 IPI 對室內聲壓響應起主導作用，雖然車身內飾和室內空腔也影響室內聲壓，但若加速度導納特性差則很難通過后期其他的優化方法來達到提升整車NVH能的目的。因此車身各個安裝點的動剛度對車內振動和噪聲有著巨大的影響，對動剛度進行分析和優化具有十分重要的工程意義。高的接附點動剛度提升了安裝點動剛度和安裝點隔振襯套的剛度比，同時增加了安裝點對發動機、路面激勵的隔振作用。
IPI(Input Point Inertance)分析是在一定頻率范圍內通過在加載點施加單位力作為輸入激勵，同時將該點作為響應點，測得該點在對應頻率范圍內的加速度導納。
上式又可寫為：
前處理：Hypermesh 14.0
求解器：Optistruct
后處理：Hypergraph 14.0
需要計算IPI與原點動剛度的位置主要包括以下幾點：
動力總成（懸置）連接點(x, y, z三個方向)；
排氣系統掛鉤連接點(x, y, z三個方向)；
傳動軸系支撐點(x, y, z三個方向)；
底盤阻尼器連接點(x, y, z三個方向)；
底盤彈簧連接點(x, y, z三個方向)；
底盤搖臂連接點(x, y, z三個方向)；
冷卻模塊與車身連接點(x, y, z三個方向)；
等等。
本案例以減震器左連接接觸附點Z向為例，其它接觸附點、其它方向（X/Y）依次類推，1KN/mm、10KN/mm、100KN/mm目標剛度曲線，掃頻范圍0-200Hz。
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? 其次結合虛擬點轉換（VPT）功能，在主動端實物測試階段，可多布置測點，根據不同位置處的幾何和受力關系求解出6自由度的載荷力，后續用于接觸點處，解決經典TPA方法的第二弊端，在進行CTPA分析時，需要的數據包括：主動端測試數據、連接件動剛度、被動段有限元數據。
汽車輪轂側向動剛度（基于hypermesh、nastran）；基于國標徑向及彎曲強度（基于ansa、abaqus）；徑向及彎曲疲勞（ncode），從網格劃分-工況搭建-計算設置-后處理全流程保姆級教程，仿真結果經過實驗對標，結果精度80%以上，總共300頁教程附帶求解文件。
其中，動剛度與阻尼參數是核心評價指標，它們如同隔振系統的“脈搏”與“剎車”，共同守護著設備的高效運轉。
動剛度不同于靜態剛度，它表征材料在動態載荷下抵抗變形的能力，是頻率的函數。高動剛度能有效抑制高頻振動的傳遞，避免設備因外部激勵產生劇烈晃動；低動剛度則適用于低頻隔振，減少能量向基礎的傳遞。
動剛度分析（模態法、直接法）。
基于MSC.Nastran分析過程定義：
考慮懸置系統動剛度與頻變阻尼影響，輸入如下圖：
為了準確評估結果，計算隔振率，減少開發周期，需要完成下列設置：
1、目前，OEM整車NVH模型規模一般都大于2000萬自由度，為了縮短計算時間，需要用到自動部件模態綜合法計算，設置如下：
2、 在整車系統中，動力總成剛體模態頻率、振型的識別與確認相比于簡化剛體模型要困難
彈性滑板隔震支座在不同軟件中的模擬
彈性滑板支座關鍵設計參數：豎向剛度、水平初始剛度、動摩擦系數
ETABS
注意事項：
U1方向默認為非線性屬性，為一個GAP單元，只受壓不受拉。
阻尼系數r由下式計算所得，其中C1為結構阻尼比，k1為隔震支座豎向剛度，m為重力荷載下隔震支座的軸力W/g，阻尼系數可以模擬在豎向提供一定阻尼力，耗散部分高頻成分。
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對相關參數賦值后，先運行dispressure.m文件，即可求出油膜壓力分布，然后運行其他文件，即可求得油膜剛度等動特性系數。
基于MSC.Nastran分析過程定義：
考慮懸置系統動剛度與頻變阻尼影響，輸入如下圖：
為了準確評估結果，計算隔振率，減少開發周期，需要完成下列設置：
1、目前，OEM整車NVH模型規模一般都大于2000萬自由度，為了縮短計算時間，需要用到自動部件模態綜合法計算，設置如下：
2、 在整車系統中，動力總成剛體模態頻率、振型的識別與確認相比于簡化剛體模型要困難
