基于试验的重卡车门模态分析模态分析前六阶的意义

基于试验的重卡车门模态分析模态分析前六阶的意义
1 概述
重卡车门是驾驶室的一部分，它的质量影响到汽车侧撞安全性、风噪性、防水性、车门启闭轻便性及车门外观等性能，因此研究车门的动态特性是很有必要的。

模态分析是现代结构动态特性分析的基础，已经得到了广泛的应用，它主要有计算机仿真和试验两种实现途径。

本文通过试验的方法研究车门在其主要模态下的固有频率和振型，对车门结构的设计和制造有着一定的参考价值。

2 试验模态分析基本原理
试验模态分析的原理是：在结构中某一点a一个激励Fa，则在整个结构的各点都应产生不同的振动响应。

假如b点的响应为位移Xb，则他们的比值为Hba=即为a、b两点的传递函数。

由于线性系统的互易性，有Hab=Bba。

系统输入与输出的关系为：
（2-1）
在p点激励，l点响应的频率响应函数为：
（2-2）
式中，mr是第r阶模态质量，ki是第i阶模态刚度，ci是第i阶模态阻尼系数，{?准}是各阶模态振型。

频响函数矩阵中任意一行为：
（2-3）
[H]中的任意一行包含所有模态参数，该行第r阶频响函数值之比为第r阶模态振型。

可见，如果在结构上的某一点处拾振，依次激振所有的点，便可求得[H]中的一行。

这一行频响函数便包含了模态分析所需要的所有信息。

同样，如果在结构上某一点处激振，在其他点出拾振，便能得到
[H]中的一列。

这一列频响函数包含了模态分析所需要的所有信息。

3 试验布置
3.1 试验方案的确定
本次车门模态试验是基于比利时LMS公司的b采集分析系统。

考虑到试验很难模拟出车门实际的约束状态，所以用弹性绳单点悬挂车门来近似模拟自由状态。

根据以往的试验结果和经验，这种近似模拟带来的误差很小，可以忽略不计。

本次试验过程中，分别对车门均匀布置的61个测点进行敲击，由布置在其中5个点处的加速度传感器进行拾振。

3.2 试验系统的搭建
频域法模态试验的数据基础是频率响应函数的测量和测量结果的拟合，识别模态参数。

测量频率响应函数就需要对激励信号和响应信号进行测量。

试验大致可以分为四个步骤：1）动态数据的采集以及频率响应函数的分析；2）结构模型的建立；3）参数的识别；4）振型动画。

一个完整的测试系统应该包括：1）待测结构；2）激励装置；3）拾振装置；4）采集系统；5）显示、分析以及记录装置。

4 试验结果与分析
4.1 模态结果
试验完成后，利用Modal Analysis中的Poly Max进行稳态图的提取，接着选择S值（频率和阻尼值都稳定）较为集中的波峰处对应的频率为模态频率，这种模态参数识别技术，能够通过清晰的稳态图，简化极点来更快的进行模态分析根据获得的模态参数系统会拟合出各测量点的传递函数，并可以得到模态提取FRF函数比较图，通过比较，二者十分近似，说明所提取的模态阶数比较完整，且具有较高的准确性。

测得的车门的前6阶固有频率如下表所示，各阶振型如图所示。

4.2 结果分析
通常工况下，该车搭载的是六缸发动机，怠速工况下其相应的主要机理频率在30Hz左右，而车门的第一阶固有频率在27左右，没
有很好的避开发动机的主激励频率。

从第二阶的振型图上看出，窗口线部位的刚度比较弱，这样可能会影响到玻璃的升降以及车门的密封性。

每一阶的阵型图上都能看出车门外板的刚度比较弱，可以采用添加加强板或者添加加强材料的方法，来增强局部刚度。

结论
本文以重卡车门为研究对象，采用试验的方法进行车门的模态分析，从而比较准确的掌握了车门的动态特性，得到了固有频率和振型。

在以后的设计和开放过程中，可以避开这些频率或者减小在这些频率上的激励，从未减小了过度振动与噪声，提高了整车的NVH品质。