基于模态参数的白车身有限元模型修正

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目前,CAE技术广泛应用于整车设计开发的各个阶段,大大提高了汽车的设计开发效率,使汽车产品设计产生了革命性的变化。由于受到建模过程中结构的合理简化、结构连接关系的模拟以及大量非线性部件难以确定的材料参数等误差的影响,往往会导致有限元模型计算结果与试验模型存在偏差。有限元模型的准确性会直接影响后期的结构优化设计过程,因而建立高质量的有限元模型具有重要意义。  本文以某款轻型紧凑型轿车白车身为研究对象,首先对实际的白车身结构进行试验模态分析,利用测试设备获得真实的白车身模态频率和模态振型。然后对逆向得到的白车身数模通过规范的流程建立白车身有限元模型,并进一步分析其计算模态的频率和振型。最后通过频率误差比较和模态置信准则分别对试验模态和计算模态的模态频率和振型做了对比,验证了有限元模型的精度并不能满足工程要求,可能是由于白车身模型存在的大量非线性部件的材料参数不准确导致。  为了建立高质量的白车身有限元模型,首先选择中心复合设计的试验设计方法和二次多项式的基函数形式,通过方差分析分别筛选出对各阶模态频率显著性较大的参数,从而利用响应面方法建立这些非线性部件的材料参数与各阶模态频率的响应面模型,并验证了各阶模态频率的响应面模型的拟合精度。然后基于试验数据,以仿真模态频率值与试验模态频率值残差的平方和最小为目标,且保证各阶模态频率值在工程可接受的5%的误差范围内,从而将模型修正的问题转化为有约束条件的非线性规划的优化求解问题。最后分别采用序列二次规划算法和基于仿生学的多岛遗传算法优化求解非线性部件的材料参数,并分别以模态频率和模态振型为对象验证修正后的有限元模型的有效性,同时比较了两种优化算法在该模型修正问题上的优化效果。优化结果表明,修正后的有限元模型精度明显提高,最终建立的高质量的白车身有限元模型可以用于后期的优化设计。
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