孟愛(ài)妮

摘 要：副車架作為汽車上的重要承載部件，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?，為了提高整車的輕量化水平，還必須要求副車架質(zhì)量盡可能的小。在對(duì)副車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)原始副車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)合副車架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用工況，對(duì)副車架的輕量化潛能做出評(píng)估，然后再進(jìn)行下一步的輕量化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：副車架；有限元；模態(tài)分析

引言：在對(duì)副車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)原始副車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)合副車架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用工況，對(duì)副車架的輕量化潛能做出評(píng)估，然后再進(jìn)行下一步的輕量化設(shè)計(jì)。所以對(duì)原始結(jié)構(gòu)副車架的模態(tài)分析就尤為重要，其分析的準(zhǔn)確性將直接影響到副車架輕量化設(shè)計(jì)的合理性。

一、有限元模型的建立

副車架結(jié)構(gòu)屬于板材沖壓件，所以采用二維殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通過(guò)對(duì)模型的簡(jiǎn)化處理，網(wǎng)格劃分后副車架有限元模型如圖1所示。

完成了對(duì)副車架各零件網(wǎng)格的劃分和連接工作后，需要對(duì)各零件賦予材料特性和單元屬性。原始副車架零件主要采用的是高強(qiáng)度鋼SAPH440，具體材料特性見(jiàn)表1。

為了保證副車架總成與整車其他總成及零部件之間的協(xié)調(diào)和裝配關(guān)系，依據(jù)副車架在車上的安裝及載荷傳遞情況，確定副車架三維模型的硬點(diǎn)，作為副車架設(shè)計(jì)控制點(diǎn)和有限元分析的加載位置，副車架設(shè)計(jì)硬點(diǎn)如圖2所示。在有限元分析的過(guò)程中副車架加載點(diǎn)為1、3、5、7、9點(diǎn)，約束點(diǎn)為2、4、6、8點(diǎn)。

二、副車架模態(tài)分析

經(jīng)計(jì)算分析，與前車架結(jié)構(gòu)有關(guān)的模態(tài)激勵(lì)頻率如表2所示：

副車架的模態(tài)特性可以通過(guò)副車架有限元模型計(jì)算獲取，有限元模型基于原車型CAD模型。利用Nastran2005對(duì)副車架進(jìn)行自由模態(tài)分析，模態(tài)頻率及模態(tài)振型如表3所示：

根據(jù)HyperView后處理，得到副車架結(jié)構(gòu)的前六階模態(tài)振型圖，如圖3—8所示：

根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果可以看出，副車架在400Hz以下的自由模態(tài)沒(méi)有超過(guò)十階，并且平滑連續(xù)沒(méi)有局部斷點(diǎn)，同時(shí)各階模態(tài)頻率之間間隔都大于20Hz， 滿足設(shè)計(jì)的基本要求。副車架一階彎曲頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩脈動(dòng)頻率具有相同的自由度，因此其模態(tài)頻率需避開(kāi)激振頻率10%以上，以免引起共振，依據(jù)分析結(jié)果副車架一階彎曲頻率211Hz，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩脈動(dòng)頻率25～180Hz，達(dá)到避開(kāi)共振頻率10%以上的一般要求。

三、結(jié)論

在后期對(duì)副車架進(jìn)行模態(tài)靈敏度分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該著重考慮調(diào)整前車架的一階扭轉(zhuǎn)和一階縱向彎曲頻率在合適的水平，并進(jìn)行前后的對(duì)比分析，這也是對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行模態(tài)計(jì)算的一個(gè)重要原因。