使用NASTRAN计算模态解耦的技术方法及其应用

引言

在汽车振动与安全稳定性分析中，模态解耦是一个关键步骤，它有助于识别和表征由车辆运动和动力总成引起的振动交互。尤其是在设计可减少发动机和悬挂系统之间所传递噪音影响的悬挂系统时，这尤为重要。传统的处理此类问题的方法可能依赖于ANSYS或ADAMS等专业仿真工具，但本文将说明如何利用NASTRAN，一个重要且强大的有限元分析软件，来实现模态解耦。此方法不仅可提供对各种系统动态性能的精确分析，而且对于想要在内部提升仿真能力的工作团队而言，其灵活性和底层访问能力提供了难以匹敌的优势。

一、模态解耦建模的关键步骤


模态解耦建模通常涉及以下五个关键步骤：


1. 建立发动机和悬挂系统的模型化结构




重点操作: 进行准确的物理位置坐标化，识别发动机的质心，并且针对于悬置的主动和被动侧，选取适当的模拟点来构建连通。三向bush单元被用来在这些点之间建立动态连接，从而模拟车辆动态响应的复杂性。

细节要点: 在模拟发动机靠近质心位置的点与质心直接相连时使用rbe2单元进行质量转移操作，以确保模型中的质量轨迹得到准确表示。根据模型需要，使用卡编辑工具配置发动机的转动惯量的参数设置。

通用策略: 为了方便建模过程的优化，可以通过将相邻的模拟点先沿着任意方向前进一定距离，建立bush连接后再恢复回原位，确保动态模型的几何完整性。

2. 设定约束及模态求解

具体实施: 在构建和设置好bush单元之前，预先考虑有效约束点，模拟特征功能包括将被动侧密接至车身的接触〜作为接地的目标。对于实现一套全面的13自由度模型，可在模型的底盘节点也加入相关的约束连接。

规则遵循: 确定模态求解时的阶次设置应该能覆盖整套动力总成体系的自由度范围，以确保解耦过程中考虑到所有相关振动模式。

3. 执行模态计算的前历进程

功能作用: 作为一种通用的模态求解工作步(load step)，它允许基于现有和定义的约束集合支持针对性解秩。

4. 构建NASTRAN工作表卡片

关键配置: 选择sol103求解器来运行计算并使用Automatic谱分析功能，辅以Post2输出选项以观察所有节点和元素的位移情况，以达到全面结果理解。需特别设置CASE_UNSUPPORTED_CARDS进行指定补充输出选项。通过设置GPKE等于1开启解耦率的输出modality，后者将仅针对set 1范围内的节点进行输出，可以根据选择是将其发通告格式。

5. 求解输出和解耦率分析

程序执行: 执行整个计算过程，并完成BDF或DAT文件的输出，为后续解析提供数据基础。通过读取PCH文件或载入特定load case开始分析所产出解耦率值。

关注重点: 请注意，如果唯一关心的目标是刚体模态频率而无需关注解耦率，那么可以省略或忽略GPKE输出结果的收集。