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Altair2011HyperWorks技术大会论文集
OptiStruct在NTF分析中的应用
赵志兰王园
长安汽车工程研究总院汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室、重庆、401120
摘要：主要阐述利用Altair公司的OptiStruct模块对汽车的结构进行形貌优化。以某汽车的
前地板优化为例，重点介绍了通过形貌优化找出前地板最优的加强筋布置方案，提高了刚度，
降低了NTF的峰值，提升了该车型的NVH性能。
关键字：形貌优化、模态分析、NVH、NTF
1概述
噪声问题在汽车工业中已经引起了人们的普遍关注和重视，特别是近年来随着人们对轿
车乘坐舒适性的要求越来越高，减振降噪已经成为汽车开发中越来越重要的环节。因此，在
汽车设计初期就预测车内振动噪声水平，提出有效减振降噪方案，可以大大的提高开发效率，
降低开发成本。
噪声传递函数（NTF）是分析汽车NVH性能的方法之一，即是在底盘和发动机系统与
车身各接附点施加单位力激励，测得各接附点与空腔内声压的噪声级。本文通过分析模态
参与因子及面板贡献量找出对影响NTF峰值较大的面板，通过OptiStruct模块进行形貌优
化，形貌优化是在板形结构中寻找最优的筋分布的概念设计方法，该方法运用于汽车及发动
机薄板冲压件的设计。通过提高结构的某一阶模态频率来提高频率附近的结构刚度。
2问题研究
本文主要讲述了噪声传递函数的基本原理，并对声模态、车内声压和面板贡献量的分析，
找出对车内声腔最敏感的频率并找出相应的面板，通过对面板局部模态的优化，达到降低接
附点NTF的目的。
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Altair2011HyperWorks技术大会论文集
2.1噪声传递函数原理
在分析结构噪声的情况下，通常把激励源和响应点分为两个不同的系统，把激励源一侧
的结构称为主动侧，响应点一侧的结构称为被动侧。对于驾驶员右耳处响应的结构声，被动
侧在耦合点处的每一个自由度到目标位置均形成一条传递路径。
在进行CAE-NVH分析时，假设整个系统是线性不变的，则车内的噪声声压或振动水平
等于各激励源以工作载荷激励时沿着不同的路径传播到车内的能量叠加，因此可以用下面公
式表示：
P=
n
∑
Hi?
i=1
fi
其中：P：表示指定位置的声压，本文中是指驾驶员右耳处声压；
Hi：表示从激励源到指定响应点声压的噪声传递函数；
fi：表示施加在输入位置的激励力。
2.2形貌优化原理
形貌优化为形状优化的高级形式，其方法与拓扑优化类似，形貌优化用形状变量。形貌
优化的设计区域首先被划分成大量独立的变量，然后进行一系列的迭代优化，计算变量对结
构的影响。
OptiStruct提供的形貌优化模块是一种面向薄壁结构和钣金件的概念设计技术，形貌优
化的具体操作流程为：（1）确定需要起筋的区域、筋的最大高度、宽度和起筋的角度等参
数；（2）根据设计要求设定优化目标；（3）设定约束条件。通过上述步骤就可以使OptiStruct
软件自动优化迭代计算得出最佳的加强筋布局。
图1基于形貌优化的地板设计流程
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2.3问题提出
驾驶员侧声压指在接附点的单位载荷激励下，驾驶员右耳侧的噪声声压响应。计算发现
发动机右悬置接附点Z向声压较大不满足目标值，具体声压曲线见图，通过面板贡献量分
析得到前地板在146.3Hz下存在局部模态且对该峰值贡献最大。
图2驾驶员右耳声压曲线图3TB模态位移云图
3优化分析
本次优化的目的在于保证前地板质量最轻的条件下使得前地板的模态得到提高，提高材
料的利用率。
3.1分析模型的建立
为了减轻计算量，对内饰车身截取一部分进行约束模态计算，得到前地板局部模态为
127.9Hz，将前地板上原有的加强筋抹平重新计算模态得到前地板局部模态为98.7Hz。本次
优化分析以前地板约束模态不低于140Hz为约束，以前地板结构最轻为目标函数进行形貌优
化分析。图中深蓝色的部分（红色方框内的部分）为需要进行形貌优化的部分，约束和车身
连接的平动自由度。
图4形貌优化模型
3.2形貌优化优化分析结果
通过以上优化变量的设置提交OptiStruct计算，可以得出图中蓝色区域中加强筋的合理
布置形式，形貌优化后加强筋的布置方案如下图中的红色区域所示，通过OSSmooth模块将
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Altair2011HyperWorks技术大会论文集
优化后的结构转化成几何具体见下图。
图5形貌优化结果及结构图
根据形貌优化的结果结合工艺成本等设计要求修改加强筋的结构并重新计算模态结果，
经计算前地板局部模态由127.9Hz提高到了186.7Hz，将优化后的前地板装配到内饰车身模
型上计算NTF，优化后比优
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