车架的模态分析知识讲解

车架的模态分析

Frame模型的模态分析

班级：T943-1

姓名：王子龙

学号：20090430124

Frame模型的模态分析

T943-1-24王子龙20090430124

一、模型问题描述

1、如图所示1，机架为一焊接件，材料为结构钢，在两根长纵梁的八个圆孔内表面采用Cylinder

Support约束，分析结构的前6阶固有频率。

2、在短纵梁2另一侧增加一短纵梁，使其于短纵梁1对称，分析新结构的前6阶固有频率，并与

原结构对比。

短纵梁

短纵梁

图1 机架模型

二、模型分析

（一）无预紧力情况

1、导入模型：打开ANSYS Workbench，从左侧工具栏中双击Modal（ANSYS），右击A3项，右键选择

Import Gemetry→Browse，找到文件Frame.x_t点击打开，然后双击A4栏，打开Mechanical窗口。

2、施加约束：选择左侧结构树中的Modal，选择两根长纵梁的八个圆孔内表面，右键选择Insert→

Cylindrical Support，如图2所示。

图2 八圆孔内表面施加约束

3、在solution（A6）中插入Toal Deformation，点击Solve求解，求解结果如图3所示。

图3 无应力时的变形图及6阶频率

（二）有预紧力情况

1、回到Workbench界面，从左侧工具栏中的Static Structural(Ansys)拖至A4栏，如图4所示，双

击B5栏，进入Mechanical窗口。

图4 拖拽Static Stuctual(ANSYS)到A4

2、按住“shift”键，选择A5分支中Cylindrical Support，右键选择Copy，右键单击B5项，选择

Paste。

3、在Static Structual（B5）中施加载荷：选择焊接件底面insert→Force，Force=4000N，如图5所

示。

图5 施加预紧力

4、在Solution（B6）中插入Equivalent Stress，点击Slove求解，如图6所示。

图6 Equivalent Stress图

（三）模态分析

1、建立模态分析项，上面进行了静态结构分析，下面在此基础上进行预紧力的模态分析。操作时先回

到Workbench窗口，再在鼠标点亮B6栏（Solution），右键弹出菜单中选择Transfer Data to New-Modal（ANSYS），如图7所示。

图7 建立有预紧力的模态分析项

2、在Solution（C6）中插入Toal Deformation，点击Solve，结果如图8所示。

图8 有预应力时的变形图及6阶频率

（四）有无预应力对比分析

频率/Hz 最大形变

/mm

1 2 3 4 5 6

无预应力296.77 381.67 422.21 624.43 647.16 657.56 11.59 有预应力296.77 381.67 422.21 624.36 647.15 657.4 11.59

表1 有无预应力6阶频率及最大变形

得出结论：有无预紧力其模态分析结果变动幅度不大。

（五）在短纵梁2另一侧增加一短纵梁，使其与短纵梁一对称

1、导入模型：打开ANSYS Workbench，从左侧工具栏中双击Modal（ANSYS），右击A3项，右键选择

Import Gemetry→Browse，找到文件Frame.x_t点击打开，然后双击Gemetry。

2、冻结模型和建立Plane4，选择Tools→Freeze，然后建立Plane4，如图9所示。

图9冻结模型和建立Plane4

3、切分，选择Create→Slice，Bases Plane选择Plane4，点击Apply后，点击Generate完成操

作。如图10所示。

图10 切分

4、建立Plane5，如图11所示。

图11 建立Plane5

5、选择Create→Body Operation进行镜像操作，Bodies选择为短纵梁1，Mirror Plane选择为短

纵梁2外表面，点击Generation，如图12所示。

图12 镜像图

6、按下Ctrl，选中左侧模型树中的4个Solid，右键选择From New Part，如图13所示。

图13 形成一个part

7、解冻结，选择Tools→Unfreeze,点击Generate，如图14所示。

图14 解冻结

（六）加梁无预紧力情况分析

在solution（A6）中插入Toal Deformation，点击Solve求解，求解结果如图15所示。

图15无应力时的变形图及6阶频率

（七）加梁有预紧力情况的分析

在Solution（B6）中插入Equivalent Stress，点击Slove求解，如图16所示。

图16 Equivalent Stress图

（八）加梁模态分析

在Solution（C6）中插入Toal Deformation，点击Solve，结果如图17所示。

图17 有预应力时的变形图及6阶频率

（九）加梁有无预应力对比分析

频率/Hz 最大形变

/mm

1 2 3 4 5 6

无预应力292.86 377.55 422.6 618.81 636.11 648.62 11.173 有预应力292.87 377.54 422.61 618.89 636.13 648.77 11.174

表2 有无预应力6阶频率及最大变形

得出结论：加梁有无预紧力其模态分析结果变动也幅度不大。

（十）加梁与不加梁分析

加梁之后频率有所降低，变形减小，因此加梁有利于模型承受力，而且通过模态分析了解到6阶频率变化。

三、学习Workbench心得体会

通过本学期ANSYS Workbench课程的学习，我们初步了解建模步骤，学会操作建模，而且学会模态分析，拓扑优化，网格划分，静力分析，摩擦系数设定等问题，通过此软件可以分析到物件的最大位移，最大应力，并且了解到了应力集中解决方法，从而对每个实体进行优化，以达到所模型的优化设计，达到要求，本课程老师耐心，受益匪浅，以后继续学习ANSYS软件，达到熟练程度。