趙保龍

摘 要：利用有限元建模方法對全地形四輪車車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)特性進行了分析，對車架與發(fā)動機的連接方式進行了模式探討。該建模方法對全地形四輪車的開發(fā)與設(shè)計具有通用性，節(jié)約了開發(fā)成本，提高了開發(fā)能力。

關(guān)鍵詞：全地形車；車架結(jié)構(gòu)；動態(tài)振動特性；四輪車

中圖分類號：U467 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.017

1 車架結(jié)構(gòu)振動特性分析

1.1 車架結(jié)構(gòu)振動特性實驗法分析

對車架利用實驗法進行模態(tài)實驗，其結(jié)果受測點分布的影響較大。測點布置原則為：在車架連接點、懸架支點、剛度變化明顯位置布置測點，節(jié)點位置盡量不布置，測點布置盡可能均勻。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可對測點靈活調(diào)整，保證實驗數(shù)據(jù)的準確。在試驗過程中，因為全地形四輪車布點數(shù)一般不高于100，為了對自由狀態(tài)模擬，用軟橡皮將車架懸掛起來，經(jīng)過多次實驗，在車架尾部選擇激勵點，對72個響應(yīng)點進行了實測。受采集器通道的制約，測試要采用分組方法，從而確保實驗的一致性，各組進行5次試驗。為了防止信號受到噪聲干擾，對響應(yīng)信號與力信號分別加指數(shù)窗與力指數(shù)窗。

1.2 車架結(jié)構(gòu)振動特性解析法分析

對結(jié)構(gòu)振動特性采用解析法分析時，要借助有限元法。因為全地形四輪車車架由多種截面形態(tài)的鋼管焊接而成，為了保證結(jié)構(gòu)特性的準確表示，利用MSC.Nastran中的殼單元劃分有限元網(wǎng)格。為了確保模型的可靠、準確，同時考慮計算效率，采用四邊形4節(jié)點，全地形四輪車車架有限元模型，見圖1.利用5 mm殼單元建模，包含57 104個單元和54 636個節(jié)點，泊松比為0.3，模型材料密度為7.83×103 kg/m3，彈性模量為2×105 MPa。

1.3 實驗法與解析法對比

通過對以上2種方法的分析，對250和400全地形四輪車分析的結(jié)果如表1所示。通過2種方法結(jié)果的對比，顯示二者的振型一致、頻率接近，誤差在允許范圍內(nèi)。同時，也證明了該建模方式的準確性較高，可在車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析中良好應(yīng)用。

2 車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)振動特性建模分析

2.1 車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)振動特性實驗法

在對測點布置時，需要通過多次預(yù)實驗及頻率測定，避免漏掉一些固有頻率。與車架測點布置圖相比，安裝發(fā)動機后激勵點增加到3個，發(fā)動機上測點增加到5個，總共77個響應(yīng)點。試驗方法與車架實驗相同，最后都是利用模態(tài)置信準則與頻響函數(shù)矩陣對模態(tài)參數(shù)進行檢驗。

2.2 車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)振動特性解析法

對發(fā)動機劃分實體網(wǎng)格，構(gòu)建發(fā)動機有限元模型，并與車架有限元模型連接；將發(fā)動機看作0維質(zhì)量單元，與車架利用梁單元連接；將發(fā)動機看作0維質(zhì)量單元，賦予轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量，在懸掛發(fā)動機位置創(chuàng)建約束單元，包含多個約束單元，將多點約束單元利用beam單元和集中質(zhì)量單元連接，實現(xiàn)對發(fā)動機與車架連接方式的模式。

在以上幾種方法中，第一種采用對發(fā)動機直接建模的方法，但由于發(fā)動機結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所以，有限元建模難度也比較大；第二種方法屬于拼湊法，由于發(fā)動機質(zhì)心位置是未知的，只能憑空拼湊添加，所以該方法不具有適用性與統(tǒng)一性，對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性無法預(yù)測；對發(fā)動機慣性參數(shù)進行考慮，也能準確確定發(fā)動機簡化后的位置，對實際情況下發(fā)動機與車架的連接能真實模擬。

2.2.1 發(fā)動機慣量測量

測量方法比較多，包含落體觀測法、扭擺法、三維實體模型數(shù)值計算法等。本文采用模態(tài)實驗頻響函數(shù)中質(zhì)量線對全地形四輪車動力總成慣性參數(shù)進行識別。

2.2.2 車架掛發(fā)動機振動特性模擬分析

對已經(jīng)驗證的車架有限元模型進行利用，在發(fā)動機懸掛位置創(chuàng)建約束單元，將多點約束單元利用beam單元與集中質(zhì)量單元進行連接，對發(fā)動機與車架的連接方式進行模擬。在求解器中導(dǎo)入車架掛發(fā)動機有限元模型，即可得到解析結(jié)果。

對250和400型全地形四輪車車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)動態(tài)特性進行分析，結(jié)果如表2所示。由此可知，其振型一致、頻率準確、誤差滿足要求，證明本組研究方法具有通用性。

3 結(jié)束語

本文所研究的建模方法對全地形四輪車結(jié)構(gòu)振動特性分析具有準確性與通用性的特點，可提高產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)水平。對全地形四輪車車架掛發(fā)動機結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段的動態(tài)特性進行了準確預(yù)估，提高了產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕