基于ANSYS的货车车架模态分析

（研究生课程论文）汽车动力学论文题目：基于ANSYS的货车车架模态分析课程老师：马力学院班级：汽研1402班学生姓名：王璇学号：10497214022572014年12月基于ANSYS的货车车架模态分析王璇武汉理工大学摘要：应用ANSYS软件直接建立了某货车车架的简化模型。将货车车架简化为等截面的几条横梁与纵梁。车架的横梁与纵梁选取粱单元BEAM188，截面选取为槽型。进行模态分析，得到其前五阶固有频率及振型特征。并且针对汽车怠速状况下可能出现的共振进行了方案优化。关键词：有限元；车架；模态分析ModalAnalysisoftruckFrameBasedonANSYSWangXuanWuhanUniversityofTechnologyAbstract：ThesimplifiedmodeloftruckframeiscreateddirectlyinANSYS.Theframeissimplifiedascrossbeamsandlongitudinalbeamswhichareofsameshapeofcrosssection.TheBEAM188ispickedascrossbeamsandlongitudinalbeams,TheshapeofcrosssectionismodelC.ThefirstfiveNaturalfrequencyandVibrationtypeispresentedafteranalysis.Incaseoftheconditionofidling,Optimizationmeasureshasbeendonetoavoidtheresonanceoftheengine.Keywords:FEA;Chassisframe；Modelanalysis1建立车架的有限元模型使用ansys建立车架模型有限元模型的主要步骤为：（1）确定建模参数;（2）建立车架模型；（3）建立车架有限元模型。1.1确定建模参数参考市场上各种常见的货车车架形式及尺寸，初步选取简化的车架模型参数。其基本结构参数为：长6m，宽1m，前后等宽，七根横梁式结构。参考实际车型，其横梁与纵梁横截面形状选取为槽型。车架其他附件及结构予以忽略不计。1.2建立车架模型由于该车架模型是简化得来，结构形状规则简单，可用直接在坐标系中建立关键点的方法建模。将车架的形状用直线建模。在section中建立截面形状为槽型，尺寸形状如图1所示。图1槽型梁截面形状1.3建立有限元模型有限元模型是模态分析的基础，它是通过对模型进行网格化分得到的。网格化分前首先需要定义单元属性，然后定义网格生成控制，最后划分网格。单元属性包括单元类型，实常数和材料特性。单元特性选取BEAM188，粱单元无需定义实常数，车架材料的杨氏模量选取2.1e11Pa，泊松比选取为0.3，材料密度选取为7800kg/m3，网格单元划分尺寸选取为0.01。最后划分网格得到车架有限元模型。共划分网格单元？个，节点？个。车架有限元模型如图2所示。利用该有限元模型，对车架进行模态分析。2模态分析与计算模态分析与计算用于确定结构的模态参数，其主要是固有频率和振型。进行模态计算与分析由三个步骤：（1）确立边界条件；（2）模态提取；（3）分析结果。2.1确立边界条件模态分析中唯一有效的约束是零位移约束。研究的车架所对应的汽车为前后悬钢板弹簧的结构，为模拟车架的支撑情况，将车架的前后轴处四个点施加位移约束。约束方案如表1所示。表1车架的位移约束约束点坐标约束方向XYZUXUYUZ100√√√500√501√√√100√2.2模态提取ANSYS提供了其中模态提取方法，使用BlockLanczos法。该方法计算精度高，在工程中经常用来提取具有对称特征的大模型的多阶模态。由于低阶频率对车架振动特性影响较大，仅提取了车架前5阶模态。车架固有频率如图2所示。图1车架前五阶固有频率车架的各阶振型如图3-7所示。图3车架一阶振型图4车架二阶振型图5车架三阶振型图6车架四阶振型图7车架五阶振型2.3分析结果车架激励一般来源于路面和发动机。路面的激励频率大多在20HZ以下，而发动机怠速时频率为25HZ左右。由模态分析可得车架的前四阶频率均在路面激励频率之下，故不可避免的产生路面共振。而汽车的五阶固有频率与发动机怠速频率相近，故需采取措施将固有频率适当降低，以避免与发动机的共振。而车架的固有频率和阵型受结构体内零部件的布置，质量及其截面形状等因素的影响。因此可以通过改变结构的几何形状以改变结构的固有频率，最终达到避免共振的目的。2.4方案改进根据分析结果，具体的改进方法有：（1）从结构形状考虑，可以改变横梁与纵梁的截面形状。将槽型钢改成其他截面形状，例如工字钢，可以降低其固有频率。（2）从截面面积大小考虑，改变其截面面积，但是对固有频率变化影响不大。（3）从位置角度考虑，可以改变横梁与纵梁的结构形式。改变横梁的位置或者数量。本文将车架中间的五根横梁横截面改为工字梁。工字梁的截面形状如图8所示。图8工字梁截面此时模态分析后得到固有频率如图9所示。图9车架前五阶固有频率由此可降低车架固有频率，避开发动机的怠速频率，避免怠速时产生共振共振。3总结通过直接在ANSYS中建立车架模型进行有限元模态分析，得到了车架的前五阶固有频率及对应的振型。并且可以通过改变模型的参数改变车架的固有频率，使之避开一些工况下的共振频率，意义重大。但由于时间仓促，本文有很多缺陷与不足。首先，由于未得到详细的车架模型参数，故车架模型较为简单。其次，未考虑悬架中弹簧的作用及约束，将约束简化为汽车前后轴的位移约束，误差较大。参考文献1王国军.汽车结构有限元分析,机械工业出版社2ANSYS帮助文件