汽车NVH性能开发建模规范

1.单元类型

汽车开发过程中会用到多种辅助软件，每种软件都有各自的模型要求。以有限元方法为例，其中有大量的单元类型可供选择，应该根据具体的分析内容适当地选择。

车身主要是由钢板连接而成的，因此，壳单元是最合适的选择。目前的前处理软件都有网格自动划分功能，可以快速、高质量地完成网格的划分，只需要对很少的一部分做些手工调整。壳单元通常包括四边形和三角形两种，三角形单元收敛困难，而且会加大结构的刚度，计算结果往往比四边形单元差许多。因此，建模时要尽可能选择四边形单元，只有在一些细微部位，无法选择四边形时才选择三角形。而且模型中的三角形单元数量要控制在一定比例以下。

除了上述规则的板件以外，汽车上还有许多不规则的零部件，如缸体、缸盖、曲轴、转向盘骨架、转向节、制动盘等。这些零件形状复杂、壁厚不均，多为铸造件，无法像板件那样自动划分网格。对于此类零部件，通常选择实体单元。

可供选择的实体单元包括多种类型，如四面体、五面体、六面体，每种单元还可细分为一次单元，二次单元。单元类型及尺寸对计算结果有很大的影响。图6.1.26所示是对多种单元类型及尺寸的调查结果，结果显示，单元类型和尺寸对计算结果有很大的影响。其中以六面体单元、四边形单元相对于理论值的误差最小，而三角形单元的误差最大。

为了进一步了解单元类型对分析结果的精度的影响，举例如下：

图6.1.26 各种单元类型及尺寸对结果精度的影响

图6.1.27所示为两种单元类型的转向盘模态分析结果。左图为四面体一阶单元，右图为六面体单元。四面体单元的模态结果为126.8Hz，六面体单元的模态结果为108.8Hz，可以看出二者的差别还是很大的。

图6.1.27 单元类型对转向盘模态的影响

2.单元尺寸

从理论上来讲，单元尺寸越小则越能真实地反映零部件的物理结构和特征，因此计算精度也越高。如图6.1.26中所示，同样是三角形单元，大尺寸（粗）和小尺寸（细）单元的结果精度相差很多。因此，在搭建模型时，要尽可能使用小尺寸单元。目前的软件自动网格划分功能、强大的计算硬件为此提供了强有力的保证。

对单元尺寸唯一具有限制的是时间，如建模时间和计算时间。单元尺寸越小，则前处理划分网格的时间就越长，计算时间也越长。这对于快节奏的产品开发步伐来讲是不合适的。因此，实际上要根据具体的条件来选择合适的单元尺寸，既要能保证结果精度，同时还要保证时间节点和计算资源要求。

3.建模方法

分析模型通常都是在几何模型的基础上搭建的。拿到几何模型后，首先要对其进行适当的处理，然后才能进行CAE网格划分，否则，一些边角细微之处会影响建模。表面规则的板件可以利用软件的自动功能划分，但是一些细节之处还是需要手工调整的，如孔、筋、圆角等。

（1）孔的建模方法

零部件上有很多孔，其用处也大不相同。有的孔是用来安装的，有的孔是用来通过线束的。孔的尺寸、形状也各式各样。

通常直径在5mm以下的孔是可以忽略的。大于5mm的孔需要做出来。如果是螺栓孔，在孔周边至少需要划分两层同心圆，如图6.1.28的左图所示。如果是普通的小尺寸孔，如定位孔、过孔等，则可以按照图6.1.28的右图。椭圆孔可以按照圆孔相同的方法建模。

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图6.1.28 孔的建模方法

（2）筋的建模方法

通常大面积板件上都会有加强筋（肋），以提高表面的刚度。这些加强筋对板件的性能影响大，因此建模时要尽可能做出来。图6.1.29所示为常用的两种建模方法。相对于基本尺寸，较小的筋可以按照左图方法建模，较大的筋按照右图方法建模。

图6.1.29 筋的建模方法

（3）圆角及倒角的建模方法

图6.1.30为常用的两种建模方法。相对于基本尺寸，较小的圆角可以按照左图方法建模，较大的圆角按照右图方法建模。

4.模型质量检查

模型质量对计算结果影响非常大，因此，搭建好的模型必须检查质量。表6.1.2所示为常规的质量检查清单。

图6.1.30 圆角的建模方法

表6.1.2 模型质量检查

5.模型管理

当模型越建越大、数量越来越多时，就容易出现混乱现象。因此，一套科学的管理方法非常有必要。零部件的命名、材料编号、单元和节点编号等，都需要建立规范。

表6.1.3所示为某汽车公司的白车身模型编号管理表。规范中，将汽车按照功能划分为多个总成及分总成。对于每一部分，都分配给专用的号码段，例如前地板总成，设计部门的UPG代号为M50A11，有限元模型中，PID号以11∗∗∗命名，单元和节点的号段都是固定的。这样的号码管理方法适用于所有车型，便于数据库的建立和管理。

表6.1.3 模型编号管理表