基于MSC Nastran的悬置优化策略

在开发工程车和乘用车时，为了整车的驾乘舒适性和减少动力系统振动向整车传递现象的发生，必须计算动力总成悬置系统的模态及解耦，以期达到良好的隔振效果和整车舒适性。动力总成悬置系统主要有两个作用：

•  一是固定和支撑动力总成，限制动力总成在各种工况下的位移量，防止与其它部件碰撞；

•  二是隔振作用，将动力总成的振动尽可能少的传递到车身。悬置系统隔振性能的核心就是解决刚体模态的频率分配和振动耦合问题，简言之就是关注动力总成的刚体模态和解耦率；

•  三是作为动力吸振器，吸收来自路面的振动激励。

MSC Nastran是汽车行业有限元分析的标准工具。长安汽车、东风神龙、吉利汽车等汽车行业顶级厂商都在应用MSC Nastran作为主要整车NVH仿真工具，利用Nastran可以完成模态解耦、非线性刚度校核、28工况等标准悬置系统开发。同时，基于f06、pch或者HD5格式文件，可以完成分析流程自动化数据处理，仿真结果提取、报告自动生成等工作。本章集中在利用Nastran完成模态解耦分析。

Part.1动力悬置模型组成

1、建立发动机质心点位置，悬置点位置需要将悬置靠近发动机位置的模拟点与质心点使用rbe2相连，并在质心点位置建立conm2质量单元，该质量单元赋值发动机的质量属性;

2、悬置点位置需要建立两个重合的点，用来模拟悬置的主动侧和被动侧，并用三向的bush单元来连接这同一位置的两个点。设置bush的三向刚度K，以及使用GE设置其阻尼.为方便建模，可以将重合的悬置点先移动一定距离，bush建立好后，将另一侧再移回原位置。Nastran广义弹簧单元，支持定义属性，模态分析，只需输入刚度信息：

3、PLOTEL,为显示和示意需要，建立PLOTEL单元，表示动力系统完整外形。

图：Patran中动力系统模型

MSC计算工况定义与结果输出要求，其他GPKE为节点动能输出，标准参数定义：

备注：支持PRINT、PUNCH格式输出；支持SOL 103模态计算。动力悬置系统输出中，需要定义SET，输出质心点节点模态动能。上图示例，完成计算后，可以在f06、PCH或H5文件中，查看节点动能，在6个方向分解量。

图：MSC.Nastran .f06

图：MSC.Nastran .pch

图：MSC.Nastran .h5

基于上述文件整理后，校验模态动能各个方向上分量见下表。

表：基于计算结果整理，模态动能分布

6阶模态在X方向上，模态动能分析如下图，由图中可知，X方向为5.19Hz主振动。

5.19Hz振动振型动能在6个方向上分布柱状图，由下图可知，该模态频率为X方向振动。

Part.2  结论

目前，在车辆开发过程中，有基于Matlab或其他自编写程序，进行悬置系统解耦等方面工作，针对动力悬置系统开发，基于MSC Nastran 进行悬置系统开发由以下优势：

•  企业NVH开发中，标准计算程序，有50多年工程应用历史，各大OEM均有Nastran程序，其他软件投资少；

•  MSC Nastran 功能完善，可以基于同一模型支持；

•  悬置系统解耦率计算；

•  隔振率分析，支持线性弹簧或频变特性弹簧特性分析；

•  极限位置分析，支持非线性弹簧分析，基于试验测试输入拉伸、压缩曲线校核不同载荷作用，动力系统工作状态；

•  悬置橡胶部件详细设计，考虑材料超弹性分析，支持弹性元件自接触等非线性分析；

•  悬置系统与整车系统传递分析；

•  基于python语言数据分析与自动化报告生成等。

为了推进NASTRAN软件深入应用，后期会讲解和演示隔振率、极限位置非线性分析等相关内容。

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