| 标题 | 基于ANSYS的某型客车车架结构的模态分析 |
| 范文 | 杨家印 摘 要：模態是机械结构的固有振动特性，同时模态分析是对结构进行动态分析的基础，其分析结果能够为结构振动、抗振动耦合设计提供基础。根据汽车的工作特点，汽车车架结构的输入激励有规律性振动和地面随机振动。为此，本文以某型客车车架结构作为分析对象，利用有限元法对其进行模态分析计算，找出了结构固有频率和振型，为结构的动态特性提供评估，同时为其改进设计和后续动力学分析提供分析基础。 关键词：客车车架；模态分析；有限元 中图分类号：U463 文献标识码：A 1.客车车架结构描述 该型客车车架为典型的框架结构，整个结构沿长度方向上对称布置，且各横梁、纵梁均采用箱形设计，最后采用搭接连接板等方式焊接联接各横纵梁。其结构具有这样的显著特征：对称设计；焊接连接；箱体结构；纵梁承受主要载荷，横梁承担次要载荷。该结构的三维模型图如图1所示。 2.模态分析理论基础 模态分析是基于达朗贝尔原理，在结构承受的载荷中考虑惯性作用，由结构质量、阻尼、刚度及外载荷建立其动力学方程： 根据实际经验，大多数机械结构的阻尼很小，所以对结构的固有频率和振型的影响极为有限，因此可以在求固有频率和振型时，阻尼的影响可以忽略不计，也是就在结构的动力学方程中，令阻尼[C]=0，并且外力{FP}=0，这样就可以得到无阻尼自由振动方程： 3.车架模态计算 本文利用有限元软件，按上述理论分析的思路，选择分块兰索斯法对车架结构进行模态分析计算。 根据车辆的行驶速度、客车通常行驶路面的路况、发动机的振动频率等因素，确定提取模态分析结果的前20阶模态值。同时，限于篇幅，本文列出车架前4阶振型图对其进行分析。模态值即车架各阶固有频率见表1。 从模态分析结果来看，整个固有频率较低，前20阶最大值在59Hz左右。因此该车架结构不能在低频下工作。其第一阶模态值为13Hz，第二阶为18.4Hz，第三阶为20.8Hz，第一、二阶固有频率值间隔较大，能够为避免抗振动耦合设计提供很大的工作频率设计空间。 列出客车车架前4阶振型图为，如图2～图5所示。 模态结果分析： 从该型客车车架的前4阶模态振型图可以看出：其第一阶振动固有频率为13.04Hz，振动表现形式为尾部（后置发动机部位）沿竖直方向振动，图中模型坐标下振动在XZ平面内，振幅最大部位在最尾端横梁；其第二阶振动的最大部位与第一阶相同，为尾端最后一根横梁，只是振动方向不同，沿Y轴方向的上下振动；第三阶模态分析结果的最大振幅发生在车架中间部位，其振动方向沿竖直方向上下振动，在几何形状上来看，振幅最大位置位于纵梁的中间；第四阶振型图中，车架结构的最大振幅在末端横梁，与第一阶、第二阶相同，但振动形式完全不同，第四阶模态振型为扭转振。 模态振型结果表现为，前面主要几阶模态的最大振幅均发生在车架末端，该位置为发动机及相关配件放置部位，为此，要做到精确分析应当将发动机及相关部件按力学等效原则等效上去。从分析结果来看，在当发生或可能发生共振现象时，其车架的振幅最大部位在尾部和中间部位。 结语 通过对车架的模态分析，找出了车架结构的固有频率和振型，得到了车架结构的基本动力学参数和相关特性。并进一步对固有频率值和振型图进行分析，找出了结构在可能发生共振时的振动特性，为车架的改进、车架上相配部件的安装提供了参考。 参考文献 [1]肖生发，赵树朋.汽车构造[M].北京：北京大学出版社，2006：349-352. [2]韩凯.ZB1032LDD欧铃汽车车架有限元分析与改进设计[D].大连理工大学，2006. [3]高云凯.汽车车身结构分析[M].北京：北京理工大学出版社，2006：116-176. [4]程思远.基于有限元分析的越野汽车车架结构优化[D].南昌大学，2010. [5]杨鼎宁，邹经湘，盖登宇.计算机辅助工程（CAE）及其发展[J].力学与实践，2005，27（3）：7-15. |
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