仿真软件Actran辅助北汽研究院完成车身地板阻尼优化

阻尼材料被广泛应用于减振、降噪中。为了保证乘客的舒适性以及较低的振动和噪声环境，车身地板上应用阻尼材料以降低车身的振动水平，避免车身结构产生大量的辐射噪声。合理的阻尼布置是确保NVH性能的关键因素之一。

车用阻尼材料有多种类型，常用的有沥青阻尼、橡胶阻尼、水性阻尼等。不同阻尼材料的成本不同，贴附的工艺方式不同，环保质量不同，阻尼性能也有所差别。阻尼材料的选择和使用直接关乎NVH性能、制造成本和燃油经济性。对轻量化部门和NVH团队来说，阻尼材料的布置和厚度选择都充满了挑战。工程师既要选择合适的阻尼材料，又要控制阻尼材料的重量，同时还要保证整车的性能。

行业挑战

汽车地板、后备箱、轮罩、车门等位置都可以铺设阻尼结构以降低振动噪声。“以前，我们基于经验和最大应变能法进行地板的阻尼设计。但是我们并没有阻尼精确仿真的技术手段，因此并不确定这样的方案是否最优，除非去做实验验证。” 北京汽车股份研究院NVH部长及专业总师吴列说道，“在实车验证时如果车的声学性能不过关，再根据经验在样车上增加阻尼的使用。但是我们不确定这种方法是否是最有效、最经济的。”

汽车行业普遍的仿真做法是采用模态应变能法，获取最大应变能的位置，并根据地板钣金件的平整程度，在易于贴附的位置大面积使用阻尼材料。这就带来两个问题：一、不确定模态应变能法识别出的位置是否对路噪、发动机噪声等真实载荷真的有效；二、无法得知方案是否可以达到真正控制振动噪声的目的。国内汽车NVH团队在进行阻尼的NVH性能仿真模拟时，普遍采用非结构质量模拟阻尼层，并对车身结构定义经验性的模态阻尼来近似体现阻尼材料的效果。这与实际阻尼铺设方案有很大差别，并不能直接验证阻尼方案的最终效果。

“汽车市场的竞争越加剧烈，我们急迫需要找到一种可以精确模拟阻尼材料振动噪声性能的CAE方法，”吴列总师说道，“能够针对实际载荷响应进行阻尼的优化，在保证车辆性能的前提下控制成本。”

解决方案：阻尼的精确模拟

阻尼材料通常具有随频率变化的损耗因子。在仿真模型中不仅要体现阻尼材料与结构本身的贴附关系，还需要模拟贴附位置处，阻尼材料为结构带来的损耗。在Actran中通过实体壳单元模拟阻尼材料层，并将材料的损耗因子定义到杨氏模量中，准确模拟阻尼材料的阻尼作用。

在进行车身阻尼建模前，首先通过定制箱体进行仿真和测试对标。箱体的一个板件贴附阻尼材料，并测量此板件在激振器作用下箱体内的声压响应。

Actran仿真模型不仅对阻尼的位置、厚度、材料以及阻尼损耗进行精准的建模，而且仿真结果与实验相比较，准确度非常高。

阻尼的优化布置

ctran的EA能量分析方法可实现系统的自动分块，在每一个子区域内组装质量和刚度阵（通过MSC Nastran软件求得），并进行空间和频带的能量计算。这种方法比传统的有限元计算方法计算效率更高，而且便于研究每一个子区域对整个系统的影响。

通过EA方法可快速的进行实际工况载荷下车内噪声对阻尼的敏感度分析。据此，可优化出阻尼对车内噪声影响最大的位置。可进一步在原方案基础上删减敏感度不高的阻尼，或增加敏感度较高位置的阻尼布置。

利用Actran内置的优化工具包NLOPT，并通过脚本二次开发，针对保留的阻尼区域进行厚度的优化。在保证原声学性能的基础上，寻找出每组阻尼片最佳的厚度。

结果

通过路噪的实验验证，新的阻尼方案下车内噪声与原阻尼方案相当。“基于Actran的车身地板阻尼优化方案不仅让我们首次获得了车内噪声与阻尼位置及材料的关系，而且完成了阻尼的位置及厚度的优化。使得地板上阻尼的使用量减少25%以上，单车降本超过10元。” 北京汽车研究总院轻量化技术部部长王智文说道。“Actran的引入填补了我们对于阻尼材料精确仿真的空白。基于Actran的这一套优化方法可以进行减重设计，也可以进行噪声的优化，实用且灵活，帮助我们建立针对阻尼材料的车辆轻量化与NVH性能的综合评估能力。”