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2023/09
技术分享 | Abaqus汽车NVH系列(四):动刚度分析
浏览:5616 来源:耀唐科技

耀唐解读



在汽车NVH分析中,动刚度也是一个不可忽略的物理量。

本期主要介绍刚度理论知识和Abaqus计算动刚度的一些要点和注意事项,更多的是理解汽车NVH中所要求的物理量与仿真分析中的物理量对应关系,灵活使用仿真工具解决物理问题。



刚度


刚度是指结构或材料抵抗变形的能力,也可以理解为使结构发生单位变形所需的力。这里面力和位移可以是狭义的,也可以是广义的,对应得到的刚度为狭义刚度和广义刚度。

从结构所处状态或载荷类型上又可以将刚度分为静刚度和动刚度。

静刚度一般指的是静态变形所需要的静态载荷,对应我们常规的静力学分析,受力和变形的关系即结构的静刚度。

动刚度一般指的是结构对单位谐响应激励载荷的变形响应,数值上为谐响应分析中位移响应的倒数(要求谐响应载荷幅值为1)。



刚度解析


从定义上可以看出来,动刚度是和频率相关的物理量,根据模态的定义和含义,我们知道模态频率和振型表征的是结构在不同频率下的刚度分布情况,在模态特征频率下,结构一般有稳定的刚度分布,刚度小的地方振幅大(刚度是抵抗变形的能力),一般对应反节点位置,刚度大的地方振幅小,一般对应节点位置;当频率趋于零时,我们可以认为对应的是结构的静态情况,也就是低频的动刚度与结构静刚度接近或相当。

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刚度要求


对于静刚度,一般要求足够大,这是从结构不易发生变形的角度以及结构承载能力角度去考虑的;

而对于动刚度要求会高一些:希望结构在低频率范围内有足够大的动刚度,以避免结构变形过大产生干涉;同时希望结构在高频率范围内刚度不要太大,较小的刚度对振动的传递比较小,也就是具有较大的隔振能力(较小的刚度反应的是结构对激励的位移响应大,结构本身将振动能量吸收了,传递出去的能量少)。

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刚度扩展


原点动刚度——激励点和位移响应点是同一个点。

一般来说,我们要求的动刚度都会指定某个点或某个零件(如悬置等),求指定的位移响应。但从结果上讲,我们更多关心一些响应值,比如方向盘或换挡杆的振动响应(抖动),座椅的抖动(人感受最明显的是座椅的加速度抖动,特别是上下方向)。

因此在汽车NVH分析中,另外扩展出一类分析:传递函数分析,包括振动速度传递函数,振动加速度传递函数,声响应传递函数。这些本质上或者说在仿真分析上,与动刚度分析没有区别,只不过是提取结果的位置和类型有差别。因此要准确理解物理场景,灵活使用仿真分析工具。



仿真分析


静刚度分析对应的是静力学分析,我们不过多复述。

动刚度分析对应的是谐响应分析,我们简单描述下分析设置。

01
谐响应分析
一般前置模态分析,然后基于模态结果选择稳态动力学分析。

这里面我们要注意,模态振型或频率的影响一般在1.5倍范围内,因此对于谐响应分析的频率范围明确后,我们需要保证模态分析能够提供足够多的模态数量,一般如果模态数量足够,我们将模态频率提取范围定义为1.5倍的谐响应频率设置,以保证结果的准确性。阻尼可以根据已知情况进行输入,一般在百分或千分的量级。

02
简谐载荷定义
我们施加的是集中力,因此一般通过参考点和点面约束来定义。这里面我们定义单位幅值的简谐载荷,在需要的方向上定义实部为1即可。
03
结果提取
为了便于结果的提取,我们一般在历史变量中提前以参考点集合定义,提取所需的位移、速度、加速度、反力等。
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04
结果处理
在XY data中绘制(plot)指定的结果,如位移U2:

根据刚度定义,我们这里面定义的是单位幅值载荷,因此将位移结果直接取倒数。

这样我们就得到了动刚度曲线(频域上位移的倒数曲线)。


END