基于ANSYS某車體的有限元模態(tài)分析.pdf

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1、第24卷第5期(總第110期)機(jī)械管理開發(fā)2009年1O月Vo1．24No．5(SUMNo．110)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT0Ct．2009基于ANSYS某車體的有限元模態(tài)分析范永慶．潘宏俠(中北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，山西太原030051)【摘要】簡(jiǎn)述了有限元模態(tài)分析的基本理論，建立了某車身的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了車體的特征模型和固有頻率。這對(duì)車身的結(jié)構(gòu)改進(jìn)及其安全性、穩(wěn)定性、舒適性的提高，提供了依據(jù)?！娟P(guān)鍵詞】ANSYS；模態(tài)分析；固有頻率；車身【中圖分類號(hào)】U426．3【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1003——

2、773X(2009}O5——0018——020引言能影響小的結(jié)構(gòu)，例如：讓位臺(tái)階，過度圓角，工藝圓車輛在高速行駛過程中，其車身會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、孔。5)按以上方法簡(jiǎn)化的有限元模型，共有8867個(gè)殼路面不平及風(fēng)力等隨機(jī)振源引起振動(dòng)。如果這些振源單元，8937個(gè)節(jié)點(diǎn)，所建立的有限元模型見圖1。的激勵(lì)頻率接近于車身整體或局部的固有頻率，便會(huì)2計(jì)算結(jié)果與分析產(chǎn)生共振．引起劇烈振動(dòng)和噪聲，甚至造成結(jié)構(gòu)破壞。為提高車輛的安全性、舒適性、可靠性，須對(duì)車身結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行分析，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避開共振現(xiàn)象發(fā)生I1J。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元技術(shù)的成熟[21，為車身的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了可靠的模態(tài)特性參數(shù)和

3、科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù)。采用有限元方法對(duì)車身結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，需按車圖1車身模型身結(jié)構(gòu)建立動(dòng)力學(xué)模型，使在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)車身的振對(duì)該車體模型進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，選擇合適的模態(tài)動(dòng)特性和響應(yīng)計(jì)算方法很重要?，F(xiàn)對(duì)幾種常用模態(tài)計(jì)算方法進(jìn)行說1有限元計(jì)算模態(tài)分析基礎(chǔ)明：1)Blocklanczos采用Lanczos稀疏矩陣求解廣義特有限元的模態(tài)分析建立在模態(tài)模型的數(shù)值計(jì)算基征值，精確相當(dāng)于與Subspace，但速度快。常提取大模礎(chǔ)上[31，實(shí)質(zhì)是求解有限個(gè)自由度的無阻尼線彈性系型具有對(duì)稱特征的多階模態(tài)．但是內(nèi)存要求比Subsp—統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程f因結(jié)構(gòu)的阻尼對(duì)其模態(tài)頻率及振型的影aee大50％。2)Subsp

4、ace用Jacobi迭代，雖精度高，但響很小。可以忽略)。其矩陣式為：速度慢，用于選擇精度高又難以選擇主自由度的情形?！距蕒O)}+【C]{X)}+【K]{x(￡)l={)l(1)3)PoWerDynamics也是用Subspace迭代技術(shù)，但是使式中：——質(zhì)量矩陣；[c]一一阻尼矩陣；卜一剛用PCG求解器求解比上面的快，但是單元發(fā)生畸變或度矩陣；{)卜一加速度向量；{X(t)}——速度向量；{X者矩陣成病態(tài)可能導(dǎo)致難以收斂，適于求解自由度高(卜一位移向量；{F(卜一動(dòng)激勵(lì)載荷向量。于100．000階的大模型工程問題的起始少數(shù)階模態(tài)。模態(tài)分析時(shí)，由于結(jié)構(gòu)阻尼較小，對(duì)固有頻率和振

5、4)Reduced采用HB1迭代速度快，但是依賴質(zhì)量矩陣型的影響微乎其微，通常忽略不計(jì)。因而，分析結(jié)構(gòu)的[MI的精度【5l。5)綜合這些常用的的分析類型，比較他固有頻率和振型轉(zhuǎn)化為求解特征值和特征向量問題。們的優(yōu)缺點(diǎn)，本文選用系統(tǒng)默認(rèn)的LANB即Block可將式(1)簡(jiǎn)化為：[{())+【()={0)，(2)LanCZOS方法，對(duì)該車體模型進(jìn)行模態(tài)分析。由于結(jié)構(gòu)若令：l={}sin@t+q~)，(3)的振動(dòng)可以表達(dá)為線性組合，其中低階振型對(duì)結(jié)構(gòu)的則有：)=一{Jsin+)，(4)動(dòng)力影響程度比高階振型大，所以低階振型決定了結(jié)可得：([K]-w[){}={0}．(5)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特征

6、。所以我們只取前幾階模態(tài)進(jìn)行分析結(jié)構(gòu)的剛度矩陣均為n階方陣．其中n為節(jié)點(diǎn)自(見表1)。圖2為一階模態(tài)振型。由度數(shù)，上式是∞的n次方程，解此方程可得結(jié)構(gòu)的幾個(gè)固有頻率為了結(jié)果盡量精確，正確建立車身的有限元模型必須注意下列幾點(diǎn)：1)采用混合劃分網(wǎng)格的手法，使網(wǎng)格盡量整齊：減少單元數(shù)量的同時(shí)．減少病態(tài)網(wǎng)格的數(shù)目。2)采用梁?jiǎn)卧桶鍐卧旌夏M車身結(jié)構(gòu)，盡量減少單元類型，減少數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算所需時(shí)間。3)對(duì)于車身的焊接模擬，采用節(jié)點(diǎn)融合和自由度耦合圖2一階模態(tài)振型的方法，達(dá)到很好的建模效果。4)刪除一些對(duì)力學(xué)性收稿日期：2009—02—25：修回日期：2009—05—10作者簡(jiǎn)介：范永

7、慶(1982一)，男，河北保定人，在讀碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論?！?8·第24卷第5期(總第110期)汜-w-水-厭-，等：基f-ANSYS某車體的有限元模態(tài)分析2009年t0月磊———————————————一和噪聲等問題奠定了基礎(chǔ)，也為實(shí)際試驗(yàn)提供了參考霪羹奎坌六簍；呵自Ⅲ周長(zhǎng)路，范子杰，陳宗客車白車身模態(tài)分析階彎曲振型和第，里妻生釜=．可以十口十?。一階扭轉(zhuǎn)振型都出現(xiàn)在較低的頻率范[2]妄．妄在客車車身結(jié)構(gòu)模態(tài)分析中的圍內(nèi)，說明此車身的橫向剛度相對(duì)較低，因此車身長(zhǎng)期一應(yīng)用[