振动噪声领域有限元模型鲁棒性分析规范

Q/SZJ191001-2017振动噪声领域有限元模型鲁棒性分析规范N&VFiniteElementModelRobustAnalysis20XX20XX-12-31实施20XX-11-27发布XXXX汽车工程技术有限公司发布Q/SZXX-X-2017振动噪声领域有限元模型鲁棒性分析规范范围本标准规定了术语和定义、鲁棒性等方面内容。本标准适用于CAE部门NVH领域鲁棒性分析内容。规范性引用文件无。术语和定义本规范涉及到的术语及其定义如下：NVHVibrationNoiseandharshness；鲁棒性设计性能对设计参数不敏感的称为鲁棒性设计。摘要如果性能对设计参数不敏感即称为鲁棒性设计。例如，怠速振动的鲁棒性设计，意味着怠速振动性能对于设计变量不敏感，这些设计变量有悬置刚度、部件公差、材料属性偏差和装配误差等，因此，鲁棒性的评价，就是研究怠速振动性能的敏感因素问题。Adesigniscalledrobustwhenitsintendedperformanceisinsensitivetovariations.Arobustdesignforidleshake,forexample,meansthattheidleshakeperformancefromthedesignisinsensitivetovariationsincludingmountratevariation(e.g.designtolerances,manufacturingvariations,etc.),partvariation,materialpropertyvariation,assemblyprocessvariation,etc.Arobustnessassessment,therefore,istostudythesensitivityoftheidleshakeperformance.流程图有很多不同的方法来研究鲁棒性设计。Thereareafewdifferentmethodsthatcanbeusedtoinvestigatetherobustnessofadesign.设计空间探究DesignSpaceExploration:基于过去的经验，在给定的设计空间中理解NVH性能最优效率的途径方法就是使用拉丁超立方体抽样的试验设计。这种方法不但可以提供最小、最大和平均性能参数水平，也能得到在给定设计空间中是否有更好的设计参数。在设计空间中有较多局部最优解时候，基于优化算法的梯度很难找到一个全局优化解，在这种条件下，这种方法也是一种重要的全局优化选择。最终的结果存储在Isight的数据库文件中。Basedonpastexperience,usingtheDOELatinHyperCubetypeofapproachisaveryefficientwayofunderstandingtheNVHperformanceinagivendesignspace.Thisapproachnotonlycangiveanideaoftheminimal,maximum,andmeanperformance,butalsoprovideswhetherornotthereisanybetterdesigninthedesignspace.Thisapproachisalsoanimportantglobaloptimizationalternativewhengradientbasedoptimizationlgorithmshavedifficultyfindingaglobaloptimalduetohavingmanylocalminimainthespace.TheendresultsaretobecapturedinaniSIGHTdatabasefile(*.db).响应面建模和应用ResponseSurfaceModelsandApplication:响应面建模ResponseSurfaceGeneration:设计空间探究完成后，数据库能用于产生响应面，可用的方法有很多，例如Kriging插值法、逐步回归法和移动最小二乘法法。响应面还可以进一步应用于鲁棒性优化。包含了贡献量、累计贡献量和主要因素上的统计分析（一组变量分析结果）是曲面拟合的副产品。OncetherunsaredoneintheDesignSpaceExplorationstep,thedatabasecanthenbeusedtogenerateresponsesurfaces.TherearemanyoptionsavailableincludingKriging,StepwiseRegression,andMovingLeastSquares.Thesurfacecanbefurtherusedforoptimizationandrobustoptimization.Statisticalbreakdowns(asetofANOVAresults)intermsofpercentcontribution,cumulativepercentcontribution,andmaineffectsaretheby-productsofthesurfacefitting.变量分析AnalysisofVarianceANOVA:包含了贡献量、累计贡献量和主要因素的灵敏度被计算和提供给用户。贡献量显示的参数是有最大影响。主要因子图显示了性能和各设计参数之间的关系，或者是线性的或者是非线性的。累计贡献率可以用于查看到哪些部件会对性能有影响。这些标准可以在Kriging手册中查到。有两种方法来获得变量分析结果：一种来自于存在的响应面，另一种通过数据库文件生成。作为一种标准输出格式，性能的平均值和标准偏差也可以输出。Thesensitivityiscalculatedandprovidedtotheuserintermsofpercentcontribution,cumulativepercentcontribution,andmaineffects.Thepercentcontributionidentifieswhichparametersaremostinfluential.Andthemaineffectplotsshowtherelationshipbetweentheperformanceandtheparametersincludingwhetheritislinearornonlinear,isproportionalordisproportional,etc.Thecumulativepercentcontributioncanbeusedtodeterminehowmanytermshavesignificantlycontributedtotheperformancechange.ThesearestandardoutputfromtheKrigingWizard.TherearetwowaystogettheANOVAresults:oneisfromanexistingresponsesurface;anotheristogenerateitfromadatabasefile.Alsoasastandardoutput,themeanandstandarddeviationoftheperformanceareprovided.筛选Screening:基于变量分析的累计贡献量，影响最大的设计变量被提供出来。该变量后续会用于鲁棒性优化计算。BasedoncumulativepercentcontributionofANOVA,themostinfluentialdesignvariablescanbedetermined.Themostinfluentialdesignvariablesarethentobeusedforrobustoptimization.鲁棒性优化RobustOptimization:在前一步中产生的响应面基础上进行鲁棒性优化计算。这一步中，鲁棒性设计可以较快的完成。一旦完成分析，需要使用NASTRAN求解器进行验证计算工作。目标函数通常是方向盘和座椅的直接响应。通常，响应曲线通常和目标曲线不同，前一种情况下，优化值越小越好，后一种情况下，需要最小化最大的正向差异。建议使用多个变量进行优化设计（例如10个设计变量）。设计变量的上限和下限均是可行性的设计空间范围。Robustoptimizationisdoneontheresponsesurfacesthataregeneratedfrompreviousstep.Thisway,robustdesignscanbeobtainedquickly.Oncetheyareobtained,avalidationneedstobedoneusingactualNastranruns.Theobjectivefunctionsare,veryoftenthedirectresponsesofsteeringwheelandseats.Manytimes,theobjectivefunctionsarethedifferencesbetweentheresponsesandthetargetcurve.Fortheformercase,theoptimalissmallerthebetter.Forthelaterone,itistominimizethelargestpositivedifferences(deltas).Itissuggestedtousemultipledesignalternatives(e.g.top10designalternatives)fromthedesignspaceexplorationsteptoassesstheirrobustness(e.g.mean,standarddeviation,andS/Nratios,etc.).Theconstraintsforthedesignparametersarethefeasibledesignspaceboundaryintermsoftheirlowerandupperbounds.工具描述整车分析中最常用的工具是MSC.Nastran软件。可以使用部件模态综合法求解来减小运行时间。流程整合、流程自动化和一整套的优化过程可以使用优化软件Isight。ThebasictoolforvehiclesystemmodelisMSC/Nastran.TheuseofComponentModalSynthesis(CMS)oftheNastranmodelispreferredtodecreaseruntimestoamanageablelevel.Aprocessintegration,processautomation,andasuiteofoptimizationprogramssuchasiSIGHTisnecessary.建模和分析过程单位Units分析中所用单位制如下所示:Theunitsusedintheanalysisareasfollows:力(Force) N质量(Mass) Mg长度(Length) mm时间(Time) S内容ContentsNASTRAN中应该包含代表噪声变量的单元和卡片，例如CELASi卡片和PELISi卡片等。这些卡片不能包含在部件模态综合法建模的超单元中。这些卡片需要使用文本格式记录，以便优化软件Isight可以识别使用。TheNastrandatadeckshouldcontainelementsandcardsrepresentingdesignandnoisevariables,suchasCELASicards,PELASicards,etc.ThosecardsshouldNOTbeincludedinthe