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(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 2 CN 115169168 A 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 3 CN 115169168 A 3

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