(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