基于ANSYS的货车车架模态分析

1、（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：1049721402257 2014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Modal Analysis of truck Frame Based on ANSYSWan

2、gXuan Wuhan University of TechnologyAbstract：The simplified model of truck frame is created directly in ANSYS. The frame is simplified as cross beams and longitudinal beams which are of same shape of cross section. The BEAM 188 is picked as cross beams and longitudinal beams, The shape of cross sect

3、ion is model C. The first five Natural frequency and Vibration type is presented after analysis. In case of the condition of idling, Optimization measures has been done to avoid the resonance of the engine.Key words: FEA; Chassis frame； Model analysis1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）

4、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

5、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/m，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

6、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XYZUXUYUZ1005005011002.2 模态提取ANSYS提供了其中模态提取方法，使用Block Lanczos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

7、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。