某车型阻尼垫装置的优化设计

张晗

摘要：为了减少振动、噪声，提升汽车的NVH品质，阻尼垫装置被越来越多地应用在车身上。本案利用Optistruct软件，在某车型白车身网格模型中对20-800Hz频率范围内进行等效辐射功率（ERP）模拟分析。根据分析结果提出优化方案，更合理地设计阻尼垫的尺寸和分布位置，达到降低成本和重量的效果。

关键词：振动；噪声；Optistruct；模拟分析；NVH

1前言

车身阻尼垫的材料一般是沥青或者树脂和橡胶，布置在车身立面上的阻尼垫还要加入磁粉。阻尼垫能够减轻车身钣金的振动，提高其刚度，降低噪声。但是如何合理布置阻尼垫对国内很多主机厂来说没有统一的原则，经验设计往往会造成浪费。仿真分析能够精确地检测出需要布置阻尼垫的位置及面积，避免盲目设计。本文使用Optistruct软件对某车型白车身网格模型进行等效辐射功率（ERP）模拟分析，根据分析结果提出阻尼垫的优化布置方案，达到降低成本和重量的效果。

2 Optistruct分析流程

Optistruct是一款有限元结构分析和优化软件，内含有限元求解器，常被用于概念设计和细化设计，其与Hypermesh的图形接口比较完善，便于快速建模、参数设置、作业提交。Optistruct软件应用过程一般分为以下几个步骤：

（1）将CATIA中初步方案的模型信息导出来建立FE或SEA子系统模型。

（2）使用Hybermesh软件划分单元网格，生成有限元模型，创建和应用材料属性及参数。首先创建各种材料及各材料的物理属性，再将其应用于相应的子系统中。然后定义边界条件和初始条件。除此之外，还需确定一些其他的控制参数，如内损耗因子、耦合损耗因子等，这些参数的值允许手动设置，也可以直接通过外部数据导入。

（3）创建各子系统后，使用Optistruct软件求解计算，查看分析结果。

（4）根据分析结果判断模型是否可用，若模型不可用，修改模型，再从CATIA中导入，重新计算。

（5）若模型可用，则检测模拟结果是否符合设计要求。若不符合设计要求，则修改结构方案，重新计算。若符合设计要求，则输出最终方案。

3 模拟分析

3.1 模型设定

利用Optistruct软件建立白车身和经验设计的阻尼垫数据网格模型图，并输入车身各个钣金件的材料和厚度信息，设定阻尼垫的参数：杨氏模量800MPa 泊松比：0.40 密度：1500kg/m? 阻尼：0.16 厚度：3mm。并设定各个模块钣金件之间的焊接方式。在模型四周进行约束，模拟车身的振动状态。将经验设计的阻尼垫贴在相应的钣金上，考察前围板、前中地板、后地板、备胎槽和后轮包处的功率云图。白车身网格模型和经验设计阻尼垫装置网格模型设定如图1和图2所示。

3.2 分析结果

功率云图分析结果

功率云图分析的结果如下图所示，红色区域代表钣金振动速度较高的区域，蓝色区域代表振动较低区域。

根据仿真分析的云图可以看出，该车型地板总成中前围板、后地板红色区域较少，表示振动速度较高区域较少。前中地板、备胎槽、后轮包处的红色区域较多，表示振动速度较高区域较多。因此，在方案优化时，重点考虑变红区域，即振动速度较高区域。

4 优化设计

4.1 优化设计方案

从以上分析结果可以看出，经验设计的阻尼垫不能解决前中地板、备胎槽、后轮包等区域的振动问题，优化方案可根据钣金振动的具体位置，合理布置阻尼材料，减小车身地板振动速度，降低噪声的传递。前中地板、备胎槽、后轮包等区域的阻尼垫布置如下图所示：

4.2 方案对比

通过Optistruct再次分析前中地板、备胎槽、后轮包处阻尼垫的优化设计方案，步骤与第一次分析相同。通过分析，得出这些区域的功率云图，并与原始状态进行对比。

4.3对比分析

三处优化方案分析结果如图9所示。与原始状态对比可以发现，地板红色区域显著减少。通过称量，原方案重8.07kg，优化后的方案重7.03kg，这表明，通过分析优化设计，合理地布局阻尼垫的位置和尺寸，钣金件的振动速度明显降低，且重量减轻，已达到优化效果。

5结语

通过以上分析过程可以看出，合理布局阻尼垫的分布位置和尺寸，不僅能够使振动减轻，还能够减重，为汽车的轻量化带来益处。

在设计工作中，应首先使用Optistruct软件对车身进行功率云图分析，以分析结果作为阻尼垫设计的输入文件，可以避免材料的浪费，同时缩短研发周期，对整车研发缩减成本起到一定的作用。随着汽车行业的不断发展，此种开发模式也会越来越多地应用在阻尼垫设计之外的各种领域。

参考文献：

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