《p016_大型油罐箱及其运输车的动力学分析与随机响应分析》.pdf

2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 大型油罐箱及其运输车的动力学分析 与随机响应分析∗ 李恩奇 唐国金 雷勇军 长沙工学院 1 2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 大型油罐箱及其运输车的动力学分析 与随机响应分析∗ 李恩奇 唐国金 雷勇军 长沙工学院 摘 要：本文在有限元分析商业软件MSC.Nastran 中建立了某大型油罐箱和其运输车的三维有限 元模型。首先分析了油罐箱和运输车组合体的动力学特性，得到了系统的固有频率和相应振型。 随后采用随机响应方法分析计算，得到了油罐运输车在不同等级公路以不同速度行驶情况下的响 应值，确定了运输响应分布规律和运输过程中的危险频率。讨论分析了边界条件变化对运输响应 的影响和运输车行驶速度与运输响应之间的关系。所得分析结果对同类型结构的运输响应问题有 着重要的参考价值。 关键词：有限元；MSC.Nastran；动力学特性； 随机振动； 响应；均方根 1 引言 大型油罐箱在运输过程中，将会受到路面随机激励的作用。为了考察其刚度与强度能否满足设计要 求，避免振动和冲击所产生的“疲劳积累”导致的结构破坏，需要进行运输结构响应预示分析，掌握其 动力响应特征。本文建立了某型号大型油罐箱和其公路运输车的三维有限元模型，借助 MSC.Nastran 有限元分析软件进行分析计算，得出了油罐箱的固有频率及对应的振型和运输响应的分布规律，计算结 果对于其他大型机械公路运输问题有着重要的参考价值。 2 路面激励的确定 油罐运输车在凹凸不平的路面上行驶时会产生振动，作为车辆振动输入的路面不平度，主要采用路 面功率谱密度描述其统计特性。根据中华人民共和国国家标准GB7031-86 《车辆振动输入、路面平度表 示方法》[1]规定了车辆道路纵面平度测量数据的表示方法和路面分级标准。其路面位移功率谱密度 Gd(n)表示为： n Gd (n) Gd (n0 )( )−w n 0 （1） -1 -1 式中n 为空间频率，m ； n 为参考空间频率，n =0.1m ；G (n )为路面不平度系数；w 为频率指数，分 0 0 d 0 [ 2] 级路面谱的频率指数w=2 。 路面谱是空间频率谱密度，为了计算响应，还需要将空间功率谱密度Gd(n)换算为时间功率谱密度 Gd(f)。设车速为v，则时间频率f 为 f vn （2） 响应的位移功率谱密度为 G (n) 2 v G (f ) d G (n )n d v d 0 0 f 2 （3） 表1 给出了不同车速下D 级公路路面激励输入的频谱关系。 2 2004 年 MSC.