OptiStruct结构分析与工程应用：设计灵敏度分析

在实际 NVH 工程问题研究中，需要研究振动或者噪声响应与某些特定参数的数量关系，例如工程师想通过调整悬架衬套刚度来降低整车路噪。大多数情况下，NVH工程师希望使用刚度较软的衬套方案--将所有的衬套变软总会对NVH有利，但是衬套刚度的设计是跟操控性和行驶稳定性相关的，如果把所有衬套都变软，势必会破坏既有的车辆行驶性能，因此，工程师需要了解路噪对什么衬套、哪个方向的刚度敏感，以在改变量最小的前提下大幅降低路噪响应。

在测试为主的车辆调教中，工程师采用定制不同硬度的衬套以及对衬套进行临时挖孔或填补来实现刚度的调整，以验证衬套刚度对实车性能的影响。虽然这样也能找到一些优化方向，但是往往走了许多弯路。在整车路噪仿真中，所有的这些衬套刚度，以及衬套的阻尼、钣金厚度都是参数化的，因此可以方便地调整这些参数来考察整车响应对这些参数的敏感程度，那么使用求解器自动计算响应与变量之间定量关系的过程就是灵敏度分析。本节将介绍如何使用OptiStruct进行灵敏度分析。

14.6.1 设计灵敏度理论基础

设计灵敏度分析从木质上来讲就是求导数。将整个分析模型看作一个复杂的公式，其中，响应部是两数值、模型中的各种参数和载荷就是变量，那么对于每一个变量:可以定义八*)关子它的导数：

当x取X₀时就可以得到响应在初始值附近的导数，也就是灵敏度。需要注意的是，在NVH分析中、响应通常为复数，因此关于NVH响应的灵敏度通常需要考虑相位关系，所以一般有两种列敏度。图1438所示极坐标系中，R为总响应向量，R’为改变某参数后新的总响应向量，那么AR是总响应的改变量、AR在R上的投影被定义为投影灵敏度(ProjectedSensiivity)，|R-R'|被定义为幅值灵敏度(Magnitude Sensitivity)。对于单个频率点,可以使用图14-39所示的柱状图来表达灵敏度，也可以使用曲线来表达一个频率段的灵敏度，如图14-40所示。总响应对于某一个参数的灵敏度一般在频率上是变化的，例R如，在某一段频率可能具有正的灵敏度，而在另一段频率上具有负的灵敏度，因此柱状图和曲线通常都是结合起来使用的。

图14-38设计灵敏度极坐标系示意图

图14-39设计灵敏度的柱状图表达

图14-40 设计灵敏度的曲线表达

14.6.2 设计灵敏度分析相关卡片

使用OptiStruct 进行设计灵敏度分析时，只需要在普通的分析工况中添加 DSA卡片及相应的变量定义即可方便地实现头文件的定义。以下为灵敏度输出格式，表149为DSA 关键字说明。

DSA(TYPE,PEAKOUT，PROPERTY)=SID

表14-9 DSA 关键字说明

详细说明如下。

1）在同一个计算中可以包含多个DSA语句，且语句存在不同的SET时，将计算所有SET 指向的响应灵敏度。

2）如果在输入文件中不包含除DESVARS以外定义的优化语句时，求解器将自动生成一个MAS(质量)目标。如果输入文件中包含其他优化语句，那么优化部分和DSA不冲实。

3）在.h3d文件中、SCALE值只在 DSA语句括号中不包含PROPERTY 时输出。当 PROPERTY关键字存在时，SCALE将不会输出到.h3d文件中。

4）OUTPUT，H3DSENS可以用来添加用户定义的响应，表149 列出了不同选项的输出区别,

5）使用 DSA输出设计灵敏度时，输入文件必须包含设计变量和相应的属性。

6）在ERP(见表14-10)响应计算 DSA 时，只能输出所有面板对应的灵敏度，无法使用SET指定为某些面板。

表14-10 OUTPUT，H3DSENS选项说明

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