在NVH领域,经常需要计算或测试结构的动刚度,像悬置动刚度、支架动刚度、车身接附点动刚度等等。这是因为汽车在实际使用过程中,会受到发动机、路面、排气系统等动态载荷的激励,然后激励通过车身接附点将振动噪声传递到车内。当车身接附点动刚度不足时,隔振效率降低,就会引起车内的振动噪声性能下降。因此,研究车身关键接附点的动刚度,可以帮助研发人员优化车身局部结构,从而有效降低结构的振动噪声传递。
那什么是动刚度,又该如何测试动刚度呢?下面我们以VENZO 800控制软件为基础,对动刚度的测试进行具体的介绍。
PART 1 什么是刚度?
刚度是指结构或材料抵抗变形的能力,通常来说产生同样的位移,需要施加的荷载越大,则刚度越大。通俗点说,就是越难变形,刚度越大。刚度是用来描述力与位移关系的。
以生活中最简单的弹簧为例,弹簧恢复力 F=kx ,其中 x 为弹簧变形量, k 为劲度系数。让弹簧变形同样的 x ,劲度系数 k 越大,需要的力 F 就越大,所以这个 k=F/x 就是弹簧的刚度。
由于结构或材料所受荷载的不同,可能受到静载荷或动载荷,因此,刚度又分为静刚度和动刚度。当结构或材料受到静载荷时,抵抗静载荷下的变形能力称为静刚度;当受到动载荷时,抵抗动载荷下的变形能力称为动刚度。所以结构或材料既有静刚度又有动刚度。
相对而言,在NVH领域,结构或材料受到动载荷的概率远大于静载荷,因此,更普遍关心动刚度。
PART 2 什么是动刚度?
动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度,即引起单位振幅所需的动态力。
静刚度计算公式: k=P/δ
P是作用于结构的恒力,δ是由于力而产生的形变。
刚度的国际单位是牛顿每米(N/m)。
和静刚度不同,动刚度会随着载荷频率变化,一般用力/位移的频响函数表示。
当荷载频率很小,接近于零时,动刚度等于静刚度,即相当于静荷载作用。当荷载频率接近固有频率时,会出现共振,这时候很小的荷载会引起很大的位移,所以动刚度会出现最小值。当荷载频率非常大的时候,由于每个周期都太短,结构来不及做出响应,实际产生的位移也就很小,所以动刚度就会增大。
PART 3 动刚度测试
在VENZO 800控制软件中,通过添加计算公式可对结构或材料动刚度进行测试。
测试示例:
某汽车发动机动刚度测试中,在发动机悬置部位安装阻抗头进行动刚度测试。扫频范围为10-500Hz 恒加速度2g。
阻抗头的加速度输出接控制器输入1,力输出接控制器输入2,输入通道设置如图:
参考谱/计划表设置如图:
现在输入1采集的加速度信号,输入2采集的是力信号,如何得到动刚度信号呢?
1.正弦模块中,点击菜单栏“分析--传递函数信号”,在“传递函数”对话框中,添加输入2和输入1的传递函数,如图:
2.窗格右键菜单中,点击“信号计算”,在“信号计算”对话框中,对H2,1(f)进行DINT二次积分,同时选择乘数1为位移,除数为力,得到M1信号,如图:
3.在上图对话框中,点击“添加”,在“表达式”对话框中,对M1进行INV求倒数运算,同时乘数1单位选择力,除数单位选择位移,得到M2信号,如图:
4.M2信号即是随频率变化的动刚度信号,将M2添加到窗格中,如图:
开始试验,即可实现在扫频过程中,对发动机10-500Hz之间的动刚度进行实时监测。