(19)国家知识产权局
(12)发明 专利申请
(10)申请公布号
(43)申请公布日
(21)申请 号 202210606211.4
(22)申请日 2022.05.31
(71)申请人 中国第一汽车股份有限公司
地址 130011 吉林省长 春市汽车 经济技术
开发区新红旗大街1号
(72)发明人 李赫 于保君 肖永富
(74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权
代理有限公司 2321 1
专利代理师 陈晶
(51)Int.Cl.
G06F 30/23(2020.01)
G06F 30/15(2020.01)
G01M 17/007(2006.01)
G01M 7/02(2006.01)
G06F 119/14(2020.01)
(54)发明名称
车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损
伤仿真计算方法、 存 储介质和电子设备
(57)摘要
车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损
伤仿真计算方法、 存储介质和电子设备, 涉及车
身悬臂结构仿真技术领域, 解决了现有技术振动
强度与疲劳验证结果不够精确的问题, 可应用于
车身零部件的振动强度评价工作中。 所述方法包
括: S1、 车身悬臂结构系统模型截取与有限元建
模; S2、 车身悬臂结构预载荷分析; S3、 根据信号
类型进行模态分析; S4、 基于试验数据的系统模
态阻尼标定, 将悬臂结构系统的试验 结果与仿真
结果进行对 标比对, 并调整模型; S5、 载荷信号处
理与CSD矩阵构建; S6、 频率域模态参与因子计
算; S7、 多轴随机振动强度及疲劳 分析。
权利要求书3页 说明书7页 附图3页
CN 115169168 A
2022.10.11
CN 115169168 A
1.一种车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法, 所述车身悬臂结构
包括功能部件、 支 架和悬臂固定点, 其特 征在于, 所述方法包括以下步骤:
S1、 车身悬臂结构系统模型截取与有限元建模;
S2、 车身悬臂结构预 载荷分析;
S3、 根据信号类型进行模态分析;
S4、 基于试验数据的系统模态阻尼标定, 将悬臂结构系统的试验结果与仿真结果进行
对标比对, 并调整模型;
S5、 载荷信号处 理与CSD矩阵构建;
S6、 频率域模态参与因子计算;
S7、 多轴随机振动强度及疲劳 分析。
2.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 所述 步骤S1进一 步包括:
在悬臂结构的支架根部进行截取, 对截取后的模型进行有限元建模, 根据功能部件的
具体特征划分网格单 元。
3.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 所述 步骤S2进一 步包括:
进行预载荷分析, 得到结构在装配预载或外力预载作用下的预应力场, 在ABAQUS求解
器平台基础上, 使用关键字* static实现静态加载工况, 加载设置根据结构 外载具体情况而
定, 输出结构件的应力以及位移, 作为后续 步骤的数据引用。
4.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 步骤S3中所述信号类型包括加速度信号类型和力 信号类型;
所述加速度信号类型的载荷激励, 模态类型采用约束模态, 截取位置全约束, 抽取结构
模态结果;
所述力信号类型的载荷激励, 模态类型采用自由模态, 模型截取后无任何约束信 息, 抽
取结构模态结果;
所述结构模态结果的抽取 方法为:
根据经验选择模态抽 取范围0Hz ‑50Hz, 或阶段频率在传感器采样率的1/10; 或者根据
PSD频率范围选取, 大于 50Hz的忽略不计。
5.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 步骤S4中所述系统模态阻尼标定, 可通过随机振动试验台或实车试验实现, 所
述步骤S4进一 步包括:
S41、 在应用随机振动试验台的情况下: 按照系统模态抽取范围准备样件, 并将样件固
定装夹至随机振动试验台上, 在车身悬臂外端部布置加速度传感器作为检测信号, X、 Y和Z
三个方向分别加载白噪声或任一P SD加速度信号激励;
在应用实车试验的情况下: 分别在车身悬臂结构系统模型对应的样件的截取位置与 车
身悬臂外端部分别布置加速度传感器1与加速度传感器2, 进行样车路试 试验;
S42、 在应用随机振动试验台的情况下: 对比试验检测位置的X、 Y和Z三个方向加速度信
号的伪损伤, 选择伪损伤最大的方向作为 “主方向”, 将试验检测位置 “主方向”的加速度时
域信号转换为PSD曲线;权 利 要 求 书 1/3 页
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2在应用实车试验的情况下: 对比加速度传感器2的X、 Y、 Z 3个方向加速度信号的伪损
伤, 选择伪损伤 最大的方向作为 “主方向”。 将加速度传感器2的 “主方向”的加速度时域信号
转换为PSD曲线;
S43、 以试验台的 “主方向”工况, 进行单轴有限元随机响应仿真验证, 即在应用随机振
动试验台的情况下, 载荷输入信号为台架的 “主方向”加速度激励PSD信号, 模态阻尼参数在
计算频率范围内任意取一个恒定值, 输出加速度PSD结果; 在应用实车试验的情况下, 仿真
的载荷输入为加速度传感器1的 “主方向”的加速度时域信号 转换的PSD曲线;
S44、 仿真验证得到检测位置的 “主方向”的加速度响应PSD曲线, 与步骤S42得到的试验
检测位置“主方向”加速度PSD曲线做对比;
S45、 调整模态阻尼参数恒定值, 循环以上步骤, 直到检测位置 “主方向”的加速度响应
PSD曲线仿 真结果幅值与试验测定PSD幅值区域一致, 确定模态阻尼值为后续计算确定的参
数。
6.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 所述 步骤S5进一 步包括:
构建多轴载荷激励的CSD矩阵, 共n个相互独立的激励信号, 则矩阵为n ×n元素的对角
阵, 对每个激励信号的时间域历程信号X(t)、 Y(t)和 Z(t)转换为频率域谱密度, 其中, 对角
元素为每个激励信号的自功率谱密度, 借助matlab软件工具平台, 利用periodogram函数求
解; 非对角元素为两个不同激励信号的互功 率谱密度, 利用cpsd函数求解; 以上函数命令通
过for循环, 将信号批量处理的语句通过M文件存储成脚本, 以调用来自动化构建CSD矩阵的
数据文本 。
7.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 所述 步骤S6进一 步包括:
对激励信号做单位载荷频率响应分析, 在ABAQUS/standard求解器平台中, 应用*
STEADY STATE DYNAMICS关键字定义频率响应分析, 应用*MODAL DAMPING关键字定义模态
阻尼, 在选定的频率域中设定为同一值; 若激励信号为加速度类型, 载荷激励信号应用关键
字*BASE MOTION实现; 若激励信号为力类型, 载荷激励信号应用关键字*cload实现; 输出模
态位移变量, 即全局位移与全局角位移; 重复上述过程, 将所有激励载荷 模态参与因子计算
完成。
8.根据权利要求1所述的车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法,
其特征在于, 所述 步骤S7进一 步包含:
S71、 通过以下公式计算每 个激励信号单位载荷应力场:
其中,
为模态应力, γ1(ω)、 γ2(ω)、 γ3(ω)、 ……γn(ω)
为模态参与因子;
S72、 将CS D矩阵所有元 素叠加后累积得到多轴载荷作用后计算应力P SD;
S73、 应用多轴疲劳分析理论工具结合材料S ‑N曲线, 采用miner法则得到疲劳损伤结
果, 应用FE MFAT软件工具spect ral模块计算得到零部件的振动强度。
9.一种计算机可读存储介质, 其特征在于, 所述计算机可读存储介质用于存储计算机
程序, 所述计算机程序执行如权利要求1 ‑8任意一项所述的车身悬臂结构多轴随机振动强权 利 要 求 书 2/3 页
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专利 车身悬臂结构多轴随机振动强度与疲劳损伤仿真计算方法、存储介质和电子设备
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