83_高中美_重型汽车车架有限元模态分析与试验模态分析比较.pdf

Altair 2013 技术大会论文集 重型汽车车架有限元模态分析与试验模态分析比较 Comparison Analysis of the Finite Element Simulaition and Experiement for Heavy-Truck Frame 高中美 闵鹏 安杰 聂成刚 (中国重汽技术发展中心 济南 250002 ） 摘 要：本文在有限元软件HyperWorks 中建立了车架的有限元模型，并通过OptiStruc 求解器进行 模态计算，将理论模态分析结果与试验模态分析结果进行了对比，对比结果证明了理论分析和试验分 析基本一致，说明有限元模型是正确合理的，是对车架进一步进行理论计算的基础。 关键词：HyperWorks 车架 模态分析 有限元 Abstract: In this paper, a FEA model of a heavy-truck frame was established in Hyperworks, and OptiStruct is used to calculate modal frequencies of the BIW. The results of the calculation is compared with testing modal analysis. Calculation and test results are proven to be almost the same. This means that the FEA model is correct, and it is the basis of the next step analysis for frame. Key word: HyperWorks, Frame, Modal analysis, Fem 1 前言 重型汽车车架是一个无限多自由度的振动系统，在外界的时变激励下将产生振动。当外界激振频 率与系统的固有频率接近时，将产生共振。共振将会使得乘员感觉不舒服，带来噪声和早期疲劳破坏。 因此，合理的车架模态对提高整车的整车的可靠性和 NVH 性能等有十分重要的意义。在汽车产品设 计开发过程中，预先掌握所设计产品的动态特性，使所设计的产品满足动态特性要求，对车辆的动态 特性是非常重要的。可以从两个方面获得产品结构的固有振动频率和振型，一种方法是通过试验的方 法，对样车进行模态试验，识别出结构的各阶模态频率和振型，另一种方法是通过理论分析计算，分 析计算出结构的各阶模态和振型。试验方法的局限性是必须在设计样车制造出来之后，才能进行试验 分析。通过对实际样车的试验分析，得出产品的基本动态特性，如果不能满足设计需求，需要重新设 计，然后再生产样车试验。如此往复多次，才能得到一个较为满意的产品。但是产品开发周期长费用 高，不能够迅速推出产品，占领市场，对企业发展不利。理论计算分析则可以在设计的初始阶段，不 需要生产样车，通过计算分析就能够得到产品的各项动态性能指标，这样就很大程度上节省开发费用， 并缩短研发周期。 本文利用有限元方法，采用HyperWorks 软件离散并建立了重型汽车车架的有限元模型，利用求 解器计算，得出了车架的前十阶自由模态频率和振型，并和试验模态进行了对比。 2 有限元模型建立 在有限元模型前处理软件 HyperMesh 中对车架进行几何清理，并做网格划分。车架主要由冲压 -1- Altair 2013 技术大会论文集 钢板组成，通过铆钉、螺栓进行连接。根据分析的需求，对车架以及各支架部件进行了必要的简化和 处理，车架纵梁以及横梁与连接板采用壳单元，螺栓与铆钉采用刚性单元，对于铸造件采用四面体单 元进行离散。模型共划分单元402788 个，节点178504 个。其有限元计算分析模型 （如图1 所示）。 图 1 车架有限元模态计算分析模型 3 模态分析与模态试验 3.1 模态分析理论基础 对于多自由度线弹性系统，其运动微分方程可以用矩阵的形式表达为： +C +