超单元在动刚度分析的应用研究

在上一期我们分享了不同动刚度处理方法，其结果有所差异，但在实际项目开发过程，我们只有至始至终采用同一种方法，这样会更有实际意义。车身接附点的动刚度的重要性已经深入我们内心，在动刚度的优化过程，我们常常需要做多个方案验证，特别是对前后副车架上的关键点进行优化。此时，我们可以采用超单元进行优化计算，计算时间也会数倍的降低，在同样的时间里，我们可以做更多的方案。

一、预备知识

超单元作为当今仿真分析领域一个重要的方法，对我们的仿真优化产生革命性的变化，有些公司提供的超单元方法引领了技术潮流，为我们仿真分析，特别是NVH整车仿真提供了巨大的便捷和高效。

超单元生成方法主要有CMS和CDS两种方法，每种方法各有千秋，针对性也有所不同。CMS主要是基于模态方法，创建时间短，但求解时间相对较长；CDS主要是基于频响函数，创建时间长，但求解快等。本期我们采用CMS方法进行超单元的案例分享。

二、案例分享

1、副车架结构说明       

假设某一车身结构有前副车架，前副车架上安装有摆臂、稳定杆等零部件，这些点的动刚度需要进行多次优化，这个时候我们可以将车身封装成一个超单元，通过Assign命令将超单元与前副车架关联，每次优化仅需要对副车架进行即可，这样极大的缩短了求解时间，在同样的时间里我们可以尝试更多的方案。

图1 某前副车架结构

图示说明，1-4分别为副车架与车身连接点，5-6分别为下摆臂前左、右安装点，7-8分别为下摆臂后左、右安装点。

2、车身超单元生成       

（1）我们知道前副车架与车身通过1-4共四个螺栓连接，将四个安装点定义为超单元边界，建立四个BNDFREE1，所有自由度为零。

（2）车身超单元采用CMSMETH关键字创建，并设置创建方法以及截止频率，其中创建方法有很多种，每种有一定的针对性，通过超单元计算时采用CBN、GM及GUYAN，建议采用GM方法，相关理论涉及较多，在此不赘述，详情可参阅相关文献和资料。

（3）超单元求解参数设定，如全局工况、参数设置等，一般设置GLOBAL_CASE_CONTROL，MODEL，PARAM等即可。

（4）超单元计算，计算完成会生成h3d文件，这个文件就是我们后面需要用到的超单元。

（5）通过动刚度头文件将超单元与前副车架进行关联，进而进行动刚度计算。如ASSIGN,H3DDMIG,BIP, 'BIP_IPI_CMS.h3d'。

3、动刚度结果对比       

我们将超单元结果与常规方法结果进行对比，通过结果对比我们发现，超单元方法与常规方法结果接近，其差异主要是由于模态截断所致，且两者曲线趋势及峰值基本重合，满足分析精度要求。采用超单元求解时间由原先的28min降至2min42s，效率之高，且精度满足工程分析要求。

表1 下摆臂安装点常规与超单元对比

图2 安装点1常规与超单元曲线对比

三、小结

超单元为我们仿真分析，特别是在计算资源相对紧缺、优化方案较多、超大模型的求解计算上优势非常明显，这种方法对整车仿真开发提供了巨大的便利。