汽车副仪表板敲击异响风险预测

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汽车NVH和异响是影响汽车产品舒适性的主要方面,是汽车品质最直接的反映之一。随着汽车噪声控制技术的提高与发展,整车噪声得到了较好控制,但原先被掩盖的车身异响却变得更加明显。目前针对车身异响,主要有成本高、周期长的“发现-修复”方式和不考虑异响非线性的模态分析、相对位移分析等,虽然可以改善异响性能,但效果有限。为了克服上述不足,本文考虑敲击异响的非线性,对车身异响敲击副碰撞等效模型和基于碰撞等效模型求解结构振动响应的反馈算法进行研究,提出汽车副仪表板敲击异响的快速预测方法。通过分析敲击异响产生机理,基于Hertz接触力模型,将碰撞力脉冲假设为半正弦波并结合接触刚度和碰撞点原点脉冲响应函数,推导了单个弹性体撞击刚性挡块和两个弹性体相互撞击的碰撞力等效模型理论。其次,讨论了将非线性碰撞力处理为线性系统外部二次激励来求解结构碰撞振动响应的反馈式组合计算方法。该方法避免了耗时的非线性微分方程组的求解,考虑了碰撞力与结构振动响应在每一时刻的相互耦合。为验证碰撞等效模型,进行了两种材料副、四种激励频率和三种间隙共二十四组工况的悬臂梁撞击刚性挡块实验,统计发现同一材料副下实验碰撞力峰值与碰撞初始速度呈明显的正相关,碰撞力持续时间与碰撞初速度呈现负相关。对比不同工况下实验碰撞力与等效模型预测碰撞力,两者在波形上基本一致;稳态阶段功率谱密度图曲线重合度高,能量集中频带一致;预测碰撞力峰值和冲量与实验统计图重合度高且都与碰撞初速度呈正相关,相对误差基本不超过10%。验证反馈算法时,对不同材料副、不同间隙下的悬臂梁系统仿真计算,求得悬臂梁碰撞点的振动响应与实测响应信号相对误差基本都不超过10%。针对汽车副仪表板,采用有限元建模,结合模态降阶,应用基于碰撞等效模型的反馈算法求解结构振动响应。提出结构表面振动响应特征量ANVL(表面节点平均法向振动速度级)来表征异响大小。仿真分析结果表明,空间观测点总声压级与结构振动响应特征量ANVL明显线性相关,相关系数0.987。据此,建立了该款汽车副仪表板基于ANVL的敲击异响风险评价标准。并针对评价工况评估该产品的敲击异响风险为轻微。对于该款汽车副仪表板所建有限元模型,自由度数为2468822,潜在异响敲击节点对1030副,采用普通微机计算路谱激励下的结构碰撞振动响应时间历程耗时19005s,整个敲击异响预测耗时27309s,表明本文预测方法的计算效率满足工程实际需要。
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