【摩托车刚柔耦合结构车架的模态分析案例2100字】

摩托车刚柔耦合结构车架的模态分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u8526摩托车刚柔耦合结构车架的模态分析案例 1320521.1模态分析 1276361.2路面激励和发动机振动频率 1253551.2.1路面激励频率 150401.2.2发动机振动频率 1246261.3模态提取方法 2160751.4边界条件的确定 2308091.5模态计算结果的分析 21.1模态分析模态分析是结构动态分析的核心，一般在工程振动领域应用比较多。其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有自己特定的固有频率、阻尼比和模态振型，分析这些模态参数的过程称为模态分析。结构系统的动力响应可以用固有模态进行组合，所以在动态响应分析中，模态分析非常重要。按分析方法，模态分析可分为计算模态分析和试验模态分析。1.2路面激励和发动机振动频率1.2.1路面激励频率根据已有的研究成果来看，路面输入激励的频率随着车速的增加而变大，随着路面不平度波长的减小而增大[7]。一般摩托车的最高车速在80-90km/h左右，再根据常见的路面不平度波长来看，路面输入激励的频率的最大值在70-78Hz内，一般激励频率在0-50Hz内。如果车架的最小固有频率能够大于路面输入激励频率的最大值，则车架将不会因为路面的不平而发生共振。1.2.2发动机振动频率发动机在工作时其活塞会做往复的上下运动，且速度很不均匀，因此在活塞销和连杆上会产生惯性力，各种惯性力也不能平衡掉，从而会使发动机产生振动[7]，该振动也会传给车架，若与车架的固有频率一样就很容易发生共振。根据已有的研究发现，摩托车发动机常用转速在1100、3000、4000、5000、6000、7000r/min，其对应发动机振动频率范围为18-116Hz[10]。1.3模态提取方法模态分析是结构动态分析的核心，通过模态分析可以获得结构动态特性等方面的可靠数据，可以了解结构之间的关系和整个系统的动态特性，从而为结构动态设计、改进提供科学依据[8]。模态分析是针对复杂系统利用线性系统的叠加原理，分别研究各阶模态附近的振动特性。模态分析包括跟踪法、变换法和兰索士法，其中兰索士法比较常用。本文通过HyperMesh软件建立车架有限元模型，采用Optistruct对车架进行模态分析。1.4边界条件的确定模态分析有自由模态分析和有约束条件的模态分析，车架的自由模态反映结构本身的固有特性，约束模态则反映的是摩托车行驶中的动态特性。如果对车架采用实际的边界条件，那获得的模态分析结果将会更精确，可以更准确的反映出车架在行驶过程中的动态性能，但是车架的实际边界条件是非常复杂的，需要综合考虑的因素有很多，施加的边界条件刚度会较大，在进行分析时也会因为刚度太大造成刚度矩阵的病变，影响计算结果的精度。所以，考虑到上述的情况，采用不施加约束和载荷的自由模态分析。计算频段的选择应考虑到车架在实际运行条件下可能的激振频率范围，通常认为，远离振源频带的模态对结构的实际振动影响贡献量较小，一般来说就是低频激励不出高频的模态。综合分析，选择0-300Hz作为其计算频率，因为所计算出的前6阶模态为刚体模态，频率非常小，接近于0，所以不考虑所求解出的前6阶刚体模态，选择软件计算的第七阶模态作为摩托车车架的第一阶模态。1.5模态计算结果的分析在有限元分析中，求解模型的固有频率实际上就是解特征值，只要求解过程中不出现病态矩阵的问题，就可解出车架的模态。选取0-300Hz为计算频段，其中前6阶为刚体模态，不作分析。所以，通过计算，提取车架的后8阶非刚体模态，信息如下表4-1所示，振型如图4-1所示：表4-1：模态计算结果模态阶数12345678计算固有频率（Hz）80.189.7126.6161.1177.8217.8235.6257.4图4-1（a）：一阶振型图图4-1（b）：二阶振型图图4-1（c）：三阶振型图图4-1（d）：四阶振型图图4-1（e）:五阶振型图图4-1（f）:六阶振型图图4-1（g）:七阶振型图图4-1（h）:八阶振型图（1）由振型图4-1（a）可以看出，第一阶模态的固有频率为80.1Hz，振型为弯曲振动，车架整体在纵向弯曲，主要变形发生车架前部，最大的相对位移发生在车架前下管端部；（2）由振型图4-1（b）可以看出，第二阶模态的固有频率为89.7Hz，车架的前管和尾管在左右摆动，主要变形和最大位移发生在车架前下管端部；（3）由振型图4-1（c）可以看出，第三阶模态的固有频率为126.6Hz，振型为扭转振动，最大位移发生在车架前下管端部；（4）由振型图4-1（d）可以看出，第四阶模态的固有频率为161.1Hz，振型为弯扭复合模态，最大位移发生在车架中部的上板处；（5）由振型图4-1（e）可以看出，第五阶模态的固有频率为177.8Hz，振型为弯曲振动，车架最大位移发生在车架中部的上板处；（6）由振型图4-1（f）可以看出，第六阶模态固有频率为217.8Hz，振型为弯曲振动，车架最大位移发生在车架尾部和底部处；（7）由振型图4-1（g）可以看出，第六阶模态固有频率为235.6Hz，振型为扭转振动，最大位移发生车架底部和车架的左下支撑管处；（8）由振型图4-1（h）可以看出，第六阶模态固有频率为257.4Hz，振型为弯曲振动，最大位移发生在车架的尾部处。从车架的固有频率来看，该车架的一阶固有频率为80.1Hz，而在摩托车行驶速度范围内，正常路面载荷激励频率主要为低频，一般在80Hz以下。所以摩托车在正常路面上行驶时的振动响应是比较小的，一般激励不起高阶的模态，其固有频率分布比较有利；从发