汽車車門模態(tài)分析初學者

1、汽車模態(tài)分析1 前言     模態(tài)是振動系統(tǒng)特性的一種表征，它構成了各種車身結構復雜振動的最基本的振動形態(tài)。為了在汽車使用中避免共振、降低噪聲，需要知道結構振動的固有頻率及其相應的振型。模態(tài)分析的最終目標是為了得到模態(tài)參數(shù)，為結構系統(tǒng)的動力特性分析、故障診斷和預報以及結構的動力特性的優(yōu)化設計提供依據(jù)。     汽車在行駛過程中的激勵一般分為路面激勵、車輪不平衡激勵、發(fā)動機激勵、傳動軸激勵。路面激勵一般由道路條件決定，目前在高速公路和一般城市較好路面上，此激勵頻率多出現(xiàn)在1-3Hz，一般對低頻振動影響較大；因車輪不平衡引起的激勵頻率一般

2、低于11Hz，隨著現(xiàn)在輪輞制造質量及檢測水平的提高，此激勵分量較小，易于避免；發(fā)動機引起的激勵頻率一般在23Hz以上，此激勵分量較大；城市中一般車速控制在5080Km/h，高速公路上一般車速控制在 80120 Km/h，傳動軸的不平衡引起的振動的頻率范圍在40Hz以上，此激勵分量較小。由這些外界激振源會引起車門產(chǎn)生共振，帶來噪音，極大的降低了車輛的乘坐舒適性，造成扳件的抖動開裂，零部件的疲勞損壞，車門表面保護層的破壞，削弱車門的抗腐蝕能力等。     因此，為提高汽車產(chǎn)品的開發(fā)設計水平，達到優(yōu)化設計的目標，需要對汽車車門進行模態(tài)分析，通過有限元計算來得到該結構在不

3、同頻率下的振型，避免因共振等原因引起的結構破壞。 2 車門有限元模型 2.1 幾何特性     轎車車門一般由門外板、門內板、門窗框、門玻璃導槽、門鉸鏈、門鎖以及門窗附件等組成。內門板上有玻璃升降器、門鎖附件等。內板由薄鋼板沖壓而成，其上分布有窩穴、空洞、加強筋，內板內側焊有內板加強板。為了增強安全性，外板內側一般通過防撞桿支撐架安裝了防撞桿，窗框下裝有加強板。內板與外板通過翻邊、粘合、滾焊等方式結合。 2.2 有限元模型的建立     根據(jù)車門的幾何模型劃分網(wǎng)格，建立有限元模型如圖1所示。 圖1 車門有限元模型  

4、0;  （1）由于車門的主體結構以板材為主，所以在分析中主要采用板殼單元pshell來模擬，為了更真實的模擬車門鉸鏈的連接狀態(tài)，鉸鏈采用三維單元psolid來模擬。     （2）網(wǎng)格的劃分按照白車身網(wǎng)格劃分標準執(zhí)行，每個單元的邊長、翹曲度和扭曲度都控制在合理范圍內，網(wǎng)格大小為10mm，單元數(shù)量為28753，節(jié)點數(shù)量為28022，其中三角形單元數(shù)量為780。     （3）材料和厚度的定義     根據(jù)車身明細表輸入厚度，材料參數(shù)，在模態(tài)計算中，一般只需要定義材料的楊氏模量，泊松比和密度。 &#

5、160;   （4）車門各部件間通過焊接，剛性連接等方式進行連接，按照實際情況布置焊點位置。     （5）車門的模態(tài)分析包括自由模態(tài)和工作模態(tài)兩種情況。分析自由模態(tài)時，不需要對模型進行約束，計算車門在自由狀態(tài)下的模態(tài)。分析工作模態(tài)時，根據(jù)車門的實際工作狀態(tài)，分別在鉸鏈和門鎖處進行約束，如圖2所示。 圖2 車門工作模態(tài)約束示意圖 3 有限元計算、分析與評價 3.1 計算結果     將已經(jīng)完成前處理的有限元模型導入到MSC Nastran中，計算得到其前二十階的模態(tài)值。觀察后處理的動畫，了解車門的整體扭轉、彎曲振型

6、以及局部扭轉、彎振型，以此獲得結構的固有頻率。通過計算得到如下結果： 圖3 車門自由模態(tài)第一階振型圖4 車門工作模態(tài)第一階振型表1 車門前四階自由模態(tài)參數(shù)表2 車門前四階工作模態(tài)參數(shù)3.2 車門低階彈性    車門低階彈性模態(tài)不僅是控制車門常規(guī)振動的關鍵指標，而且反映了車門的整體剛度性能。根據(jù)以上表格，從振型上看：在前四階模態(tài)中包含了整體振型，如整體扭轉，整體彎曲等，也出現(xiàn)了局部振型，如內板局部模態(tài)，窗框局部模態(tài)等。從頻率值上看：該車門模態(tài)值較高，整體剛度較高。其中自由模態(tài)的一階彎曲頻率值為 41.1Hz，工作模態(tài)的一階彎曲頻率值為44.5Hz?；谀壳皩ζ囓囬T模態(tài)值的評價尚無統(tǒng)一的指標，按照一般性說法，車門的一階固有頻率應該避開車輪的不平衡激振、發(fā)動機的激振，其整體彎曲和扭轉頻率一般要求大于30Hz，因此從有限元分析結果看來，該車門的模態(tài)性能是符合要求的。 4 結論    本文結合某轎車車門作為實例，采用有限元分析的方法，基于MSC.Nastran軟件對該車門的模態(tài)進行了計算，并對結果作了評價，從總體來看，該車門的模態(tài)性能較好。     此外，在進行有限元分析的同時還可以做相關的模態(tài)試驗，將仿真分析與實驗相結合，以驗證有限元