設(shè)計仿真 | 海克斯康 MSC Nastran 助力沃爾沃重型卡車實現(xiàn)最佳 NVH 性能

為了實現(xiàn)在更短的時間內(nèi)設(shè)計開發(fā)性能平衡的產(chǎn)品，我們需要一個高效的流程來更快地預(yù)測車輛NVH 性能，因此，我們對大幅提高計算效率的需求不斷增長。這種提升計算效率的需求貫穿于整個產(chǎn)品開發(fā)階段。基于MSC Nastran 中的 FRF 多級裝配（FBA）解決方案的幫助，我們改進(jìn)現(xiàn)在的分析流程，以優(yōu)化車輛 NVH 性能。該NVH 解決方案在滿足我們的各種應(yīng)用要求方面具有極大的靈活性：包括更快地評估結(jié)構(gòu)設(shè)計更改、輸入載荷變更、安裝襯套剛度優(yōu)化等。FBA解決方案幫助我們實現(xiàn)了有效且高效的 NVH 開發(fā)流程。

客戶背景

沃爾沃集團(tuán)成立于 1927 年，致力于塑造未來的可持續(xù)交通和基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。沃爾沃集團(tuán)在印度的研發(fā)業(yè)務(wù)已經(jīng)發(fā)展成為瑞典以外最大的研發(fā)中心和生成基地，該中心推動了車輛技術(shù)的重大進(jìn)步。該基地的 1600 多名工程師在電動汽車、自動化等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新。

沃爾沃卡車印度公司的噪聲、振動和聲振粗糙度 （NVH） 團(tuán)隊在沃爾沃全球研發(fā)的不同卡車平臺上工作。

該團(tuán)隊致力于提高沃爾沃重型卡車在客戶感知的噪音和振動方面的舒適度。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊構(gòu)建的仿真模型，以確定卡車駕駛室內(nèi)的噪音和振動作為開發(fā)過程的一部分。嘗試通過實施基于 FRF 的多級裝配（FBA）解決方案來提高他們預(yù)測重型卡車車輛級 NVH 性能的能力，該解決方案包含在?？怂箍档亩鄬W(xué)科結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用程序 MSC Nastran 中。

車輛NVH開發(fā)關(guān)鍵挑戰(zhàn)

鑒于客戶越來越重視客戶舒適度，該團(tuán)隊致力于利用快速生成 NVH 解決方案，為客戶提供最佳體驗。通常，車輛設(shè)計和開發(fā)過程涉及各個部門，例如發(fā)動機(jī)、底盤等零件的部門。單個卡車模型，由于許多子系統(tǒng)在產(chǎn)品開發(fā)階段不斷迭代、變更，因此通常會發(fā)生多次變化。在開發(fā)第一個原型之前，考慮到產(chǎn)品開發(fā)過程中發(fā)生的所有動態(tài)變化，必須滿足為項目設(shè)定的 NVH 解決方案要求。通常，在卡車行業(yè)，有大量的平臺變體，這些專為不同的使用環(huán)境而設(shè)計，例如采礦、建筑、洲際運輸、區(qū)域運輸?shù)?。使用傳統(tǒng)方法，測試和分析不同的變體可能非常耗時。

縮短產(chǎn)品開發(fā)與反饋周期

考慮到產(chǎn)品開發(fā)的時間約束，NVH 團(tuán)隊在更短的時間內(nèi)執(zhí)行解決方案開發(fā)變得非常關(guān)鍵。在車輛開從概念階段到原型構(gòu)建階段過程中，NVH 團(tuán)隊在車輛層面為概念設(shè)計和其他項目團(tuán)隊提供解決方案和評估，以改善座艙噪聲和振動性能。卡車的開發(fā)不僅需要考慮 NVH 要求，還需要考慮耐用性、碰撞安全性、人體工程學(xué)和其他因素，團(tuán)隊需考慮這些必須因素，以便開發(fā)平衡的設(shè)計。

MSC Nastran 被用于線性和非線性域的靜態(tài)、動態(tài)和熱分析需求。它的自動結(jié)構(gòu)優(yōu)化、久經(jīng)驗證的疲勞分析技術(shù)和高性能計算解決方案有力的支持車輛開發(fā)。

NVH 團(tuán)隊在 MSC Nastran 軟件中選擇了基于 FRF 的多級裝配（FBA）解決方案，因為它允許他們在產(chǎn)品開發(fā)活動中探索、部署和使用該工具來處理不同的應(yīng)用需求。這樣一來，該團(tuán)隊就能夠縮短整體開發(fā)時間，并縮短他們與其他相關(guān)團(tuán)隊的反饋時間。

沃爾沃團(tuán)隊分析流程使用 FBA解決方案，他們可以單獨地對卡車的每個子系統(tǒng)進(jìn)行傳遞函數(shù)分析，也可以結(jié)合所有子系統(tǒng)結(jié)果來預(yù)測卡車級別的性能。被存儲的單個子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)結(jié)果可以重復(fù)用于后續(xù)的車輛級仿真，因此，無需再次分析完整的卡車模型。這為預(yù)測車輛級 NVH 性能節(jié)省了大量時間。

此處的圖1表顯示了傳統(tǒng)方法與FBA方法的結(jié)果比較。FBA 方法的結(jié)果與傳統(tǒng)方法的結(jié)果非常一致，這有助于建立信心，即與傳統(tǒng)方法相比，F(xiàn)BA 方法可以獲得更高效的流程。

圖1 傳統(tǒng)方法與FBA方法的結(jié)果比較

該團(tuán)隊還探索了在廣泛范圍內(nèi)部署 FBA方法，從而在更短的時間內(nèi)預(yù)測車輛級 NVH 性能。團(tuán)隊實施的關(guān)鍵應(yīng)用程序之一是使用 FBA解決方案評估設(shè)計更改。下圖2調(diào)查結(jié)果。 

圖2 FBA解決方案評估設(shè)計更改結(jié)果對比

FBA解決方案進(jìn)一步被應(yīng)用于包括改變懸置剛度（發(fā)動機(jī)懸置剛度、駕駛室懸置剛度等）和輸入載荷激勵（來自動力總成、傳動系統(tǒng)等）的整車級仿真分析，預(yù)測駕駛室噪聲和振動響應(yīng)。在整個產(chǎn)品開發(fā)階段，沃爾沃工程人員利用FBA 解決方案評估橡膠剛度變化或輸入激勵引起的風(fēng)險，該方法與傳統(tǒng)仿真方法相比，可以節(jié)省大量時間 （>99%），從而無需分析整個卡車模型。