车身的模态分析及疲劳寿命计算

作者:毛彩菊;王艳 刊名:制造业自动化 上传者:江小霞

【摘要】为了能够有效地分析车身的动态性能和疲劳寿命,利用有限元技术对车身进行了模态分析和疲劳寿命计算。首先,总结了车身的有限元模型建立的措施;接着,归纳了模态分析和疲劳寿命计算的理论方法;然后,对车身进行了模态分析,求出了该车车身的前6阶固有频率和对应的振型,并进行了实验验证,提出了该车车身的动态性能。最后,对该车车身进行了疲劳寿命计算,并且和实际情况比较吻合,为车身的进一步的优化设计提供了有利地理论依据。

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第33卷 第6期 2011-6(上) 【105】 车身的模态分析及疲劳寿命计算 The modal analysis and fatigue life calculating for car body 毛彩菊1,王 艳2 MAO Cai-ju1, WANG Yan2 (1. 南京信息职业技术学院,南京 210046;2. 中国地质大学 长城学院,保定 071000) 摘 要:为了能够有效地分析车身的动态性能和疲劳寿命,利用有限元技术对车身进行了模态分析和疲劳寿命计算。首先,总结了车身的有限元模型建立的措施;接着,归纳了模态分析和疲劳寿命计算的理论方法;然后,对车身进行了模态分析,求出了该车车身的前6阶固有频率和对应的振型,并进行了实验验证,提出了该车车身的动态性能。最后,对该车车身进行了疲劳寿命计算,并且和实际情况比较吻合,为车身的进一步的优化设计提供了有利地理论依据。 关键词:车身;模态分析; 疲劳分析 中图分类号:U467   文献标识码:A   文章编号:1009-0134(2011)6(上)-0105-04 Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.6(上).31 0 引言 随着对汽车舒适性要求的不断提高,汽车的振动逐渐成为人们所关注的重要指标之一。对承载式轿车车身,其动力学特性很大程度地影响着整车的平顺性,用计算机分析以及通过试验辨识车身的动态性能,并根据实验结果提出相应的优化设计方案,是提高汽车平顺性的关键。 模态分析是动态分析的前提,是动态分析的主要组成部分。对车身进行模态分析可以了解车身对激振力的响应,从而对车身优化设计方案的动态特性进行分析,是车身设计过程中关键的设计环节。过去研究车身结构的模态特性通常利用试验模态方法,该方法的缺点是耗时多、实验方法复杂、实验耗资多,无法满足车身的设计和开发初期就对乘坐舒适进行控制和评价的要求。有限元技术作为一种新兴的技术正在不断地发展,为车身的开发设计提供了有效的模态分析的方法,为控制车身的固有频率与振型提供了技术支持。依据模态分析理论,对于大型的结构,只需求出前几阶固有频率和相应的振型,因为对车身动力特性影响最大的是低阶振动。利用有限元分析平台ANSYS软件对车身进行模态分析,并对其动态特性进行评价。 另外,汽车的疲劳寿命计算也是提高整车性能重要因素,利用有限元技术对车身进行疲劳寿命评估是一种高效的方法,通过车身疲劳寿命的计算,可以为车身的优化设计提供有利的理论依据。 1 有限元模型的建立 1.1 模型的简化 对于全承载式车身结构车型,车身骨架属于关键的承载体,各种载荷通过骨架将力传递到车身的不同位置,使得整个车身都承担承载。由于车身骨架不仅是一个非常复杂的空间薄壁结构,而且包含大量的应力蒙皮,然而一些非关键的承载部件对骨架结构的变形和应力分布没有太大的影响,而对分析的效率和可靠性却影响很大。所以,在进行有限元建模的时候,可以对车身进行必要的简化,进而可以提高计算的效率和正确性。 1)忽略一些无关紧要的非承载件:对于某些方便使用和辅助承载而设置的构件(如:扶手、裙部、制动踏板支架等),因为这些部件对车身的变形和应力分布几乎没有影响,可以忽略。 2)车身表面光顺化:车身表面上的孔、台 收稿日期:2010-11-25 作者简介:毛彩菊(1964 -),女,高级工程师,本科,研究方向为汽车电器仪表。 【106】 第33卷 第6期 2011-6(上) 肩、凹部和翻边等在条件允许的情况下可以忽略使表面光滑。 3)主从节点原则:出于对结构模型病态问题的考虑,对于位置较近的构件

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