前卸料混凝土搅拌运输车车架结构模态分析

第24卷第2期　2009年6月 青岛大学学报(工程技术版)JOURNAL OF QING DAO UNIVERSIT Y (E &T) Vol.24No.2J un.2009 文章编号:100629798(2009)022*******前卸料混凝土搅拌运输车车架结构模态分析 收稿日期:2009262212 基金项目:重汽集团专用汽车公司资助项目(项目号20070308) 作者简介:孙海霞(19792),女,山东烟台人,助教,主要研究方向为车辆系统动态性能。

通讯作者:刘大维,男,教授,博士。

Email :qdldw @孙海霞1,刘大维2,陈焕明2,辛珍阳3(1.海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041;2.青岛大学机电工程学院,山东青岛266071;3.重汽集团专用汽车公司,山东青岛266031)摘要:有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识车辆结构动态性能的一种有效手段。

为分析前卸料混凝土搅拌运输车车架的动态特性,建立了以板壳单元为基本单元的车架有限元模态分析模型及模态试验系统。

应用NASTRAN 有限元分析软件计算了该车架在自由状态下的模态参数,并进行了模态试验,提取模态参数。

计算结果与试验结果对比分析表明,所建立的有限元模型和分析方法是可行的,可为分析车架在工作状态下的动态特性及车架结构的进一步改进提供依据。

关键词:混凝土搅拌车;车架;有限元;模态试验;模态分析中图分类号:U463.32.01文献标识码:A前卸料混凝土搅拌运输车在行驶过程中,车架不仅承担发动机、底盘和装载的重量,而且还要承受汽车行驶过程中因路面不平整而产生的随机动载荷及各个传动部件产生的振动载荷。

因此,车架的动态特性对于研究整车的疲劳特性以及振动、噪声性能有重要作用。

有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识汽车的结构动态性能的一种有效的手段,在汽车车架或车身动态性能研究中得到了广泛应用[1-4]。

对车架进行模态试验的方法具有可信性高的特点,但是在研究开发过程中如需多次试验,则必须每次都加工出样品,耗时长,过程复杂,而且成本高,不利于缩短开发周期。

而有限元模拟以其简单、快捷的特点越来越受开发者的青睐,但由于建模过程中对一些结构的简化处理,使得一些特征被忽略,从而使仿真的结果出现相应的误差。

因此,将这两种方法结合使用,充分发挥各自的优点,可在研发过程中取得更为理想的效果。

1　车架结构模态有限元分析图1　前卸料混凝土搅拌运输车1.1　车架结构的有限元模型建立前卸料混凝土搅拌运输车(见图1所示)车架采用主、副车架结构,主车架为边梁式结构,主要由2根主纵梁、2根副纵梁、7根横梁组成;副车架采用焊接方式将纵、横梁和前、后台连接在一起。

主、副车架通过多个螺栓相连,车架长为8918mm ,前端宽1000mm ,后端宽850mm ,整个车架是一个前宽后窄的变宽结构。

考虑车架几何模型的复杂性,采用Pro/E 软件建立车架模型,通过HyperMesh 软件进行网格划分,将划分好的网格文件导入MSC.Pat ran 软件,利用MSC.Pat ran 与MSC.Nast ran 的良好接口功能,在MSC.Nast ran 有限元分析软件中进行模态计算。

该车架各横梁、纵梁和连接板采用边长10mm 的四边形和三角形板壳单元进行划分。

车架各构件通过　第2期孙海霞,等:前卸料混凝土搅拌运输车车架结构模态分析铆钉或螺栓连接,构建装配关系时,先采用刚性单元在装配孔边缘与装配孔中心间建立约束关系,再对装配孔中心点进行刚性连接(见图2所示)。

车架有限元模型由362839个节点,354662个单元组成,车架有限元网格如图3所示。

1.2　车架模态计算结果与分析图4给出了主车架和车架的前4阶自由模态振型图,表1给出了主车架和车架的前8阶模态频率及振型。

由图4和表1可以看出,主车架与车架的振型基本相似,但固有频率不同。

主车架与副车架相连后,其刚度增大,使整个车架的固有频率增大。

整个车架均相对第三根和第四根横梁附近产生振动。

在第三根和第四根横梁附近装有液压油泵、蓄电池、燃油箱等,振动变形影响这些部件或其安装支架的使用寿命。

同时,在该处产生较大的交变应力,易诱发产生疲劳裂纹和断裂现象。

图4　车架有限元模态振型图表1　车架模态频率模态阶数主车架固有频率/Hz车架固有频率/Hz振型说明1 6.8299.409一阶绕x 轴扭转振动212.05414.309一阶沿z 轴横向弯曲振动321.42521.581二阶沿z 轴横向弯曲振动425.03026.763一阶沿y 轴垂直弯曲振动529.76136.703二阶绕x 轴扭转振动633.99539.872复合振动742.01046.628复合振动845.49354.698复合振动36青岛大学学报(工程技术版)第24卷　2　主车架结构模态试验分析主车架模态试验系统由激振系统、信号测量与数据采集和信号分析系统组成,如图5所示。

图5　主车架模态试验系统图6　车架支承方式激振系统的组成与试验采用的激励信号密切相关,激励信号分为随机和瞬态激励信号两种。

本试验采用瞬态激励信号,由激励锤进行单点激振,以获得瞬态激励信号。

激励锤为北京东方振动和噪声技术研究所生产的DFC 202高弹性聚能力锤(12.5t )。

信号测量系统主要包括加速度传感器和电荷放大器,用以测出激振力和振动响应。

本试验采用北戴河传感器技术研究所生产的振动(冲击)传感器和北京东方振动和噪声技术研究所生产的DL F 28型多通道电荷电压滤波积分放大器。

数据采集和信号分析系统采用北京东方振动和噪声技术研究所的INV306D (F )智能信号采集处理分析。

由于被测车架在整车中处于一定的约束状态,试验模拟车架的真实约束往往比较困难,一般用自由状态来代替。

自由状态可以通过弹性绳的吊挂或弹性支承来实现[5],本试验采用弹性支承的方式,将车架支承在弹性轮胎上,如图6所示。

在车架上共布置有113个测点(见图7所示),分别布置在纵梁上关键部位、纵梁与横梁交联处以及横梁中部。

为了能得到车架在多方向上的模态参数,每个测点均对x 方向、y 方向和z 方向进行了响应信号的测量。

对于车架这种较刚硬的结构,单点激振有足够的能量输入,能得到较高精度,故本试验采用单点激振法。

为了能将重要的模态激出,试验时选择了几个刚度较好的激振点进行激振试验,经过预测试确定第17节点为激振点(见图7)。

同时测得激励点和响应点的时域信号,经A/D 转换和FF T 变换,变成频域信号并经运算求得频域响应函数,再以集总平均法识别出模态参数。

图7　主车架简化几何模型与测点布置图46　第2期孙海霞,等:前卸料混凝土搅拌运输车车架结构模态分析图8给出了车架模态试验的前4阶振型图。

由图8可以看出,模态试验的振型图与有限元计算的模态振型图(见图4)基本相似。

图8　主车架试验模态振型图 表2列出了试验获得的主车架8阶模态频率和有限元计算得到8阶模态频率数值。

由表2可看出,所得到的主车架8阶模态固有频率的有限元计算值与试验值非常接近除第7阶最大误差外(12.7%),其余均很小。

说明本研究所建立车架结构有限元模型是正确的,能很好地反映车架实际结构的动态特性。

3　结束语 表2　主车架试验模态与有限元计算模态结果模态阶数试验模态固有频率/Hz 有限元模态计算固有频率/Hz 相对误差/%1 6.571 6.829 3.9212.54212.054 3.9323.47821.4258.7427.06825.0307.5529.69029.7610.2633.25833.995 2.2737.27642.01012.7843.47045.4934.7 建立了某前卸料混凝土搅拌运输车车架的有限元模态分析模型及模态试验系统。

计算了该车架在自由状态下的模态参数,并进行了模态试验,提取模态参数。

计算结果与试验结果吻合很好,证明所采取的建模方法和分析方法是可行的,可为分析车架在工作状态下的动态特性及车架结构的进一步改进提供依据。

参考文献:[1]　周长路,范子杰,陈宗渝,等.微型客车白车身模态分析[J ].汽车工程,2004,26(1):78280.[2]　李顶根,何保华.某重型载重车辆振动分析和控制[J ].振动、测试与诊断,2008,28(2):1722174.[3]　刘晓凯.SX6122BL 车架模态试验分析[J ].重型汽车,1998,49(6):10211.[4]　刘大维,严天一,董振国,等.自卸汽车车架模态试验与分析[J ].河南科技大学学报(自然科学版),2007,27(4):30232.[5]　张立军,余卓平.汽车整车及零部件试验模态分析测试技术[J ].汽车研究与开发,2000(5):37240.56青岛大学学报(工程技术版)第24卷　66Modal Structural Analysis on Frame of Front Discharge Mixer T ruck SU N Hai2xia1,L IU Da2wei2,C H EN Huan2ming2,XIN Zhen2yang3(1.Qingdao Branch Naval Aeronautical Engineering Academy,Qingdao266041China;2.College of Mechanical&Elect ronic Engineering,Qingdao University,Qingdao266071,China;3.Special Truck Company,CN H TC,Qingdao266031,China)Abstract:Modal FEA and test modal analysis is an effective means of identifying t he st ruct ure of vehicle dynamic performance.In order to analyze t he dynamic performance of t he f rame of front discharge mixer t ruck,t he FEA model and t he test modal system of t he semi2t railer frame was established by taking plate as a basic element.A general finite element analysis software NASTRAN was used to calculate t he free vi2 bration modal parameters,and t he modal test was completed and t he modal parameter of t he f rame was gained.The comparisons between simulation result s and t he result s obtained f rom experimental modal a2 nalysis confirm t hat t he FEM model is reliable and t he model could be used to improve t he design of t he f rame.K ey w ords:f ront discharge mixer truck;frame;finite element analysis;modal test;modal analysis(从第57页转来)R esearch of Project Delivery System and T rade ObjectB ased on Project Management MaturityYU Qing2dong,WAN G Min,XIAO Jian2hong(College of International Business,Qingdao University,Qingdao266071,China)Abstract:Based on analysis of t he Project Management Mat urity Model and t he selection factors of project delivery system,f uzzy evaluation met hod is used to establish t he decision2making model of selecting project delivery system.When t he most suitable delivery system is selected,utilizing const ructed t he evaluation index system of p roject management mat urity met hod,implement evaluation of project management mat u2 rity to identify t he highest level to select t he optimal solution for a given project.K ey w ords:Project Management Mat urity Model;p roject delivery system;t rade object;f uzzy evaluation met hod。