某車型阻尼墊裝置的優化設計

張晗

摘要：為了減少振動、噪聲，提升汽車的NVH品質，阻尼墊裝置被越來越多地應用在車身上。本案利用Optistruct軟件，在某車型白車身網格模型中對20-800Hz頻率范圍內進行等效輻射功率（ERP）模擬分析。根據分析結果提出優化方案，更合理地設計阻尼墊的尺寸和分布位置，達到降低成本和重量的效果。

關鍵詞：振動；噪聲；Optistruct；模擬分析；NVH

1前言

車身阻尼墊的材料一般是瀝青或者樹脂和橡膠，布置在車身立面上的阻尼墊還要加入磁粉。阻尼墊能夠減輕車身鈑金的振動，提高其剛度，降低噪聲。但是如何合理布置阻尼墊對國內很多主機廠來說沒有統一的原則，經驗設計往往會造成浪費。仿真分析能夠精確地檢測出需要布置阻尼墊的位置及面積，避免盲目設計。本文使用Optistruct軟件對某車型白車身網格模型進行等效輻射功率（ERP）模擬分析，根據分析結果提出阻尼墊的優化布置方案，達到降低成本和重量的效果。

2 Optistruct分析流程

Optistruct是一款有限元結構分析和優化軟件，內含有限元求解器，常被用于概念設計和細化設計，其與Hypermesh的圖形接口比較完善，便于快速建模、參數設置、作業提交。Optistruct軟件應用過程一般分為以下幾個步驟：

（1）將CATIA中初步方案的模型信息導出來建立FE或SEA子系統模型。

（2）使用Hybermesh軟件劃分單元網格，生成有限元模型，創建和應用材料屬性及參數。首先創建各種材料及各材料的物理屬性，再將其應用于相應的子系統中。然后定義邊界條件和初始條件。除此之外，還需確定一些其他的控制參數，如內損耗因子、耦合損耗因子等，這些參數的值允許手動設置，也可以直接通過外部數據導入。

（3）創建各子系統后，使用Optistruct軟件求解計算，查看分析結果。

（4）根據分析結果判斷模型是否可用，若模型不可用，修改模型，再從CATIA中導入，重新計算。

（5）若模型可用，則檢測模擬結果是否符合設計要求。若不符合設計要求，則修改結構方案，重新計算。若符合設計要求，則輸出最終方案。

3 模擬分析

3.1 模型設定

利用Optistruct軟件建立白車身和經驗設計的阻尼墊數據網格模型圖，并輸入車身各個鈑金件的材料和厚度信息，設定阻尼墊的參數：楊氏模量800MPa 泊松比：0.40 密度：1500kg/m? 阻尼：0.16 厚度：3mm。并設定各個模塊鈑金件之間的焊接方式。在模型四周進行約束，模擬車身的振動狀態。將經驗設計的阻尼墊貼在相應的鈑金上，考察前圍板、前中地板、后地板、備胎槽和后輪包處的功率云圖。白車身網格模型和經驗設計阻尼墊裝置網格模型設定如圖1和圖2所示。

3.2 分析結果

功率云圖分析結果

功率云圖分析的結果如下圖所示，紅色區域代表鈑金振動速度較高的區域，藍色區域代表振動較低區域。

根據仿真分析的云圖可以看出，該車型地板總成中前圍板、后地板紅色區域較少，表示振動速度較高區域較少。前中地板、備胎槽、后輪包處的紅色區域較多，表示振動速度較高區域較多。因此，在方案優化時，重點考慮變紅區域，即振動速度較高區域。

4 優化設計

4.1 優化設計方案

從以上分析結果可以看出，經驗設計的阻尼墊不能解決前中地板、備胎槽、后輪包等區域的振動問題，優化方案可根據鈑金振動的具體位置，合理布置阻尼材料，減小車身地板振動速度，降低噪聲的傳遞。前中地板、備胎槽、后輪包等區域的阻尼墊布置如下圖所示：

4.2 方案對比

通過Optistruct再次分析前中地板、備胎槽、后輪包處阻尼墊的優化設計方案，步驟與第一次分析相同。通過分析，得出這些區域的功率云圖，并與原始狀態進行對比。

4.3對比分析

三處優化方案分析結果如圖9所示。與原始狀態對比可以發現，地板紅色區域顯著減少。通過稱量，原方案重8.07kg，優化后的方案重7.03kg，這表明，通過分析優化設計，合理地布局阻尼墊的位置和尺寸，鈑金件的振動速度明顯降低，且重量減輕，已達到優化效果。

5結語

通過以上分析過程可以看出，合理布局阻尼墊的分布位置和尺寸，不僅能夠使振動減輕，還能夠減重，為汽車的輕量化帶來益處。

在設計工作中，應首先使用Optistruct軟件對車身進行功率云圖分析，以分析結果作為阻尼墊設計的輸入文件，可以避免材料的浪費，同時縮短研發周期，對整車研發縮減成本起到一定的作用。隨著汽車行業的不斷發展，此種開發模式也會越來越多地應用在阻尼墊設計之外的各種領域。

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