基于HyperWorks的车架模态分析

! ,-./012034 建模流程
,-./012034 有限元建模流程参见图 % 。 在利用 ,-./012034 进行有限元建模时， 需要注意以下几个 问题： （X02 Y J、 * % + 导入 O7C 几何数模 时， 如果几 Z9、 O7PM7 等 ）
万方数据 % 来稿日期： !""# $ %" $ !&
参考文献
机械工业出版社， % 陈家瑞 : 汽车构造 : 北京： )&&): ) 王望予 : 汽车设计 : 北京 _ 机械工业出版社， )&&’: 卢耀祖 : 机械与汽车结构的有限元分析 : 上海 _ 同济大学出 ’ 周中坚， 版社， %;;=: 焦群英 : 机械振动与模态分析基础 ‘ P a : 北京： 机械工业出版 ’ 许本文， 社， %;;<: " /DFHA5 中国官方网： bbb: HDFHA5: R7?: RX:
’ 车架有限元模型的建立
（车架 ） 下面从本文研究对象 的结构、 有 ./0 数据的导入、 限元网格的剖分等几个方面， 介绍基于 1234567589 的车架有限 元分析模型建立。
’: % 车架的结构
这里研究的车架为边梁式车架结构， 由左右分开的两根纵大 梁、 两根纵副梁和 ; 根横梁组成， 第 %、 )、 $、 <、 ; 横梁均为槽型横 前、 后端宽 &: <?， 梁， ’、 "、 -、 = 横梁为 > 形横梁。车架长约 =: $?， 纵大梁断面为槽型，采用等截面设计，大梁板厚为 -: $??，其它 纵、 横梁板厚均为 $??。整个车架结构如图 ) 所示。
参考文献(5条) 1.陈家瑞 汽车构造 2002 2.王望予 汽车设计 2003 3.周中坚;卢耀祖 机械与汽车结构的有限元分析 1997 4.许本文;焦群英 机械振动与模态分析基础 1998 5.查看详情
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% 前言
汽车车架是汽车各大总成的载体，是重要的受力部件。车 架工作时要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力， 同时受到来自路面和车桥的激振而产生振动，设计中除了要有 足够的强度、足够的抗弯刚度和合适的扭转刚度保证汽车对路 面不平度的适应性外，合理的振动特性也是十分重要的，以避 免汽车在使用过程中各部件之间产生共振，导致某些部件的早 期损坏， 降低汽车的使用寿命。因此， 车架结构模态分析在现代 汽车结构设计中具有十分重要的意义。 ,-./012034 为美国澳汰尔（7>D?B0）公司的有限元结构分析 与优化软件，包括 Q2DB2<TB/U、,-./090?.;、,-./0A20H、,-./0V 其中 ,-./0Q/4; 为 W.DB:D0GRD、 ,-./0Q/4; 等多个功能模块， W.D、 前后处理器，W.DB:D0GRD 为结构分析和优化工具，内含有限元求 解器。 这里以某公司新开发的中巴车车架为研究对象，利用 ,-V ./012034 建立以三角形壳单元和四边形壳单元为基本单元的车 架有限元分析模型，分析了该车架的前七阶固有频率及振型， 为车架响应分析提供了重要的模态参数，同时也为结构的改进 设计提供理论依据。
图 ’ 副梁与其加强板间的焊接 @AB: ’ 64DCAXB 7E YAR4 Z BA5C45 HXC 54AXE75RAXB 3DHF4
" 车架的有限元模态分析结果
利用 1234567589 的 N3FA9F5QRF 求解，得到的车架前七阶固 有频率及振型描述见表 % ， 其振型图略。
表 % 前七阶固有频率及振型 UH[: % @75?45 94Y4X XHFQ5HD E54\Q4XRA49 HXC ?7C4 9GH349
【摘要】 这里介绍了 ,-./012034 有限元分析流程， 讨论了建模中应注意的几个问题， 并以某公司 新开发的中巴车车架为研究对象，利用 ,-./012034 建立以壳单元为基本单元的车架有限元分析模 型， 分析了该车架的前七阶固有频率及振型， 为车架响应分析提供了重要的模态参数， 同时也为结构 的改进设计提供了理论依据。 关键词：车架；有限元分析；模态分析；!"#$%&’%() 【*+),%-.,】 !"#$%&’()* #+) ,-"-#) ).)/)"# 0"0.1*-* /)#+%& %, #+) ,-./012034 *%,#20$)3 &-*(’**)* *)4)$0. 5’)*#-%"* %, AJQ /%&).-"63 *)#* ’7 #+) 0"0.1*-* /%&). %, #+) /-&&.) *-8) 9’* ,$0/) 91 #0:-"6 *+).. ’"-# 0* 90*-( ’"-#3 0"0.18)* #+) ,$0/) ;* ,%$/)$ *)4)" "0#’$0. ,$)5’)"(-)* 0"& (%$$)*7%"& /%&) *+07)*3 *’77.-)* -/< 7%$#0"# /%&0. 70$0/)#)$ ,%$ #+) $)*7%"*) 0"0.1*-* 0"& ,%’"&0#-%" -" #+)%$1 #% -/7$%4) &)*-6" %, #+) 4)+-(.) ,$0/)= /$" 0’%1)2 3%-4$5 3676,$ $8$4$7, -7-8")6)5 9’1-8 -7-8")6)5 !"#$%&’%() 文献标识码：K
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机械设计与制造 Q?R;B</0- C/4B=< S Q?<GF?RDG0/
第#期 !""& 年 # 月
基于 ,-./012034 的车架模态分析
张胜兰 严 飞（湖北汽车工业学院 5 十堰 ##!""!） 6,789 :;/<= $ >?<5 @78 A/B * C/.DE 2F 7GD2H2IB>/ J<=B<//0B<=5 ,GK/B 7GD2H2DBL/ M<NG4D0B/4 M<4DBDGD/5 :;B-?< ##!""!5 O;B<? +
梁的联接是刚性的。 由于车架纵梁上的小圆孔只影响纵梁上很小 的局部区域的刚度， 而对整个车架的计算精度影响很小， 为简化 模型， 减小解题规模， 建模时将这些小孔忽略不计， 但要保留与横 梁等零件的联接孔。在钢板弹簧前后支架等实体件划分网格前， 也对模型作了一些简化处理， 如删除小的圆角、 平台等特征。 、 车架结构有限元分析模型中采用四边形壳单位 （ST/0） （U*M/） （PMV,0） 三角形壳单位 、 混合型壳单元 模拟构成车架的 （U,U*/） 薄壁件， 采用四面体单元 模拟钢板弹簧前后支架等实 （*+,) ） 体件， 采用反映主从关系的刚性单元 模拟零件间的焊接 与螺栓连接 W 图 ’ 为副梁与其加强板间的焊接。
阶数 % ) ’ " $ = 固有频率 =: ;;G] %-: "&G] )$: <&G] )<: ";G] )<: -%G] ’&: ’%G] ’): ’$G] 振型描述 一阶扭转 一阶横向弯曲 一阶扭转 ^ 侧向弯曲 一阶弯曲 尾部横向弯曲 二阶横向弯曲 二阶横向弯曲
图 ) 车架三维模型 @AB: ) ’0 ?7C4D 7E FG4 @5H?4
’: ’ 网格划分
车架结构基本对称， 为了减少网格剖分的工作量， 仅保留几 何模型的一半， 在此基础上建立有限元分析模型。 利用 1234567589 的中面抽取功能 PAC9Q5EHR4，对车架中的 薄壁件抽取中面时， 由于导入的车架模型几何质量较好， 故不需 要对其进行几何清理。 车架纵梁和横梁是通过铆接联结的，建模时认为纵梁和横
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中图分类号：P,%!
何模型很简单， 可以考虑利用 ,-./012034 自带的简单建模工具 进行几何建模。如果是较大的项目， 需要考虑模型规模的大小， 在模型导入前去掉某些不必要的零件，并对一些复杂模型进行 简化处理，忽略对整体力学性能影响较小的几何细节如半径为 &HH 以下的孔、过渡圆角或倒角以及 !HH 以下的搭接边上的 凸台等。
图 % ,-./012034 建模流程 AB=E % P;/ U203 F>2U 2F ,-./012034
* ! + 如果导入的 O7C 模型是实体零件，则需要利用 ,-./0V 12034 的 QBN:G0F?R/ * 中面抽取 + 功能对薄壁零件进行中面的抽 取工作。 * ’ + 从 O7C 导入的曲面模型或抽取的中面往往存在缝隙、 重 （几 叠、 错位等缺陷， 则需要利用 ,-./012034 的 9/2H/D0- O>/?<G. 何清理） 功能消除错位和小孔， 压缩相邻曲面之间的边界， 消除不 必要细节， 以提高整个划分网格的速度和质量， 减少计算误差。
$ 结语
这里对中巴车车架进行有限元模态分析，得到车架结构的 固有频率与固有振型， 不仅可以反映结构的动刚度特性， 而且还 是分析结构动力响应和其他动力特性问题的基础，可以帮助产 品设计师在后续设计中避开这些频率或最大限度地减小对这些 频率上的激励， 从而消除过渡振动和噪声， 同时也为结构的改进 设计提供了理论依据。 1234567589 是一个比较优秀的有限元分析软件，进入国内 还仅有几年的时间，因此需要在进一步的工程应用中不断总结 和积累经验。
第"期
张胜兰等： 基于 1234567589 的车架模态分析
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! " # 有限元网格剖分时， 应根据分析的目的并结合模型的特 点， 选择适当的单元类型， 并根据计算机的能力和要求的精度确 定合适的网格大小， 划分网格。 ! $ # 单元质量对有限元计算结果有较大影响。 在有限元网格 划分时， 检查并控制单元的质量参数显得尤为重要。 网格检查内 容一般为是否有重复的节点、 重复的或缺少的单元， 以及高度畸 变或翘曲的单元。单元尺寸应得到控制， 如单元长宽比 ’%&； 单 元内角 1’&(； 单元翘曲角’)&(； 单元尺寸应尽量均匀， 要避免特 须分清主次， 即同一个节点 别小的单元。在使用 *+,) 单元时， 只能丛属于一个主点。 ! - # 施加载荷和边界条件是有限元模型的精华， 这一步需要 的是经验和根据经验做出某种简化或者取舍的勇气。
万方数据
基于HyperWorks的车架模态分析
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 张胜兰， 严飞， ZHANG Sheng-lan， YAN Fei 湖北汽车工业学院,十堰,442002 机械设计与制造 MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE 2005(4) 20次
’: ) 三维模型的导入
这里所分析的车架模型是由 I57 J ,KLMK,,*)&&% 建立的 三维实体模型， 因此可以直接利用 1234567589 提供的 I*N, 接 口导入模型。 整个车架模型导入时， 绝大部分零件几何质量较好， 但也有 零件曲面变形的情况。针对曲面零件几何变形的情形，我们将 该 零 件 在 I57 J ,KLMK,,* 中 保 存 为 ML,O 的 格 式 ， 然 后 利 用 即可得到满意的效果。因此 1234567589 提供的 ML,O 接口读入， 在使用软件时不能盲目地相信与 ./0 软件的直接接口不会出 现模型信息丢失或几何变形的问题，在几何模型导入出现问题 时， 通用的 ML,O 格式往往可以获得较好的效果。