基于anesys的某轻型轮式汽车车架模态分析

基于anesys的某轻型轮式汽车车架模态分析

1建立车架模型使用aniss建立车辆有限模型的主要过程是四个阶段：（1）确定建模参数；（2）选择建模环境。（3）建立地面模型；（4）建立有限模型。1.1基本结构参数以某公司生产的WZ1060PK汽车车架为研究对象,其基本结构参数为:长6520mm,宽800mm,大梁式,前后等宽,七根横梁,纵、横梁皆为槽钢的铆接件。由于车架附件对车架的刚度及强度影响不大,在计算模型中予以忽略。1.2几何实体的处理问题车架有限元模型建立之前,需得到其实体模型。实体建模方式主要有CAD建模与ANSYS建模两种。一般情况下,首先采用CAD建模方式,通过软件接口将模型导入ANSYS中。但出现以下情况时,实体模型必须在ANSYS中建立:(1)输入ANSYS的几何实体出现数据丢失现象,表现为部分点、线、面或体没有成功再生且修补困难,给后续网格划分工作造成很大难度时;(2)建立参数化模型,即在优化设计及参数敏感性分析时所建立的包含参数的模型时;(3)输入的几何实体需要增加或修改时,或者对几何实体进行组合时。ANSYS提供了强大的布尔运算功能,以及不同的坐标系和工作平面,与CAD一样的旋转、复制、镜像功能以及SolidWorks中的拖拉功能。运用这些功能,也可方便的在ANSYS中建立实体模型。车架CAD模型导入ANASYS软件时,出现了上述问题。为此,直接在ANASYS软件中建立车架实体模型,保证其完整性,便于后续分析中对模型的修改。1.3建立规范坐标系对车架结构进行分析可知,车架结构对称,形状规则,可通过拉伸和镜像的方法建立。如图1所示,以车架第一横梁为X轴,高度方向为Y轴,纵梁为Z轴建立坐标系,计算车架梁结构节点坐标,绘制截面,并通过拉伸生成实体模型。实体建模过程中要注意单位制的问题。使用ANSYS软件进行计算时,计算过程中不记录数值的单位,因此要求在一个题目的计算过程中,不同的物理量的单位必须协调。质量、长度、时间等基本物理量的单位采用Kg,mm,s。值得一提的是,ANSYS中有一个命令:/UNITS,它仅仅一个标记的作用,并无任何单位转换的功能。1.4单元类型、实常数、材料特性有限元模型是模态分析的基础,它是通过对实体模型进行网格划分得到的。网格划分首先需要定义单元属性,然后定义网格生成控制,最后划分网格。单元属性包括单元类型、实常数和材料特性。单元类型选择solid45,实体模型无需定义实常数,车架材料为10TiL汽车大梁用热轧钢板,杨氏模量为2.06e11Pa,泊松比为0.3,材料密度为7800kg/m3。网格生成控制采用智能网格划分,单元划分尺度控制为9。最后划分网格得到车架有限元模型。共划分网格单元115462个,节点41741个。车架有限元模型如图1所示。利用该有限元模型,对车架进行模态分析。2固有频率和振型模态计算与分析用于确定结构的模态参数,其主要是固有频率和振型。进行模态计算与分析有三个步骤:(1)确立边界条件;(2)模态提取;(3)分析结果。2.1u3000钢板弹簧的安装模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束。研究的车架所对应的汽车为前悬钢板弹簧后悬主副钢板弹簧的结构,整个车架上共安装了8个用于连接钢板弹簧的固定支座和吊耳。为模拟车架的支承情况,在车架的前后8个吊耳处建立了8个硬点。有限元网格划分之后,在这8个硬点处产生节点,在节点上施加位移约束。约束方案如表1所示。2.2模型形式的选择ANSYS提供了七种模态提取方法,使用BlockLanczos法。该方法计算精度高,而且在有限元模型中允许有质量较差的实体单元,因此在工程中常用来提取具有对称特征的大模型的多阶模态。由于低阶频率对车架振动特性影响较大,仅提取了车架前6阶模态。车架固有频率,如表2所示。2.3发动机及转速及试验频率车架激励一般来源于路面和发动机。路面的激励频率多在20Hz以下,该车所配置的发动机为YN4102QB型,怠速(750r/min)时相应发动机爆发频率为25Hz;常用车速(50~80)km/h时,发动机爆发频率为(48~65)Hz。2.3.1第三阶模态振型(1)车架的一阶频率为21.102Hz,高于路面激振频率,并低于发动机的怠速频率25Hz,不易发生共振;(2)发动机常见工作频率范围为(48~65)Hz,车架第三阶频率52.237落在范围之内,此时车架易与发动机发生共振。车架第三阶模态振型,如图2所示。由振动力学可知,固有频率和振型均取决于系统的M阵和K阵等物理参数,其中M为质量矩阵、K为刚度矩阵。M阵和K阵的结构形式又受到结构体内零部件的布置,质量及其截面形状等因素的影响。因此可以通过改变结构的几何形状以改变M阵和K阵的形式,从而改变结构的固有频率,最终达到避免共振的目的。2.3.2第三阶固有频率调整根据分析结果,如图2所示。第三阶模态振型为弯曲变形,第五横梁处变形最大,故需从三个方面考虑对其改进:(1)从结构形状考虑,若将其槽钢换为工字钢,车架第三阶固有频率会有大幅下降;(2)从截面积大小考虑,改变其截面面积,对固有频率变化影响不大;(3)从位置角度考虑,对其进行移动可以较大范围的改变车架整体的固有频率。综合以上三方面得出最终改进方案:将第五横梁改为工字钢,并向车架首部移动100mm。改进后车架的固有频率,如表2所示,第三阶模态振型,如图3所示。由分析结果可知,改进后发动机常用的工作频率介于车架两固有频率之间,第三节模态中第五横梁的振幅也相应减小,故车架不会与发动机发生共振。3提高了分析结果的准确性通过直接在ANSYS中建立车架实体模型进行