全地形四輪車結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)與仿真

趙保龍

摘 要：利用有限元建模方法對(duì)全地形四輪車車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了分析，對(duì)車架與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接方式進(jìn)行了模式探討。該建模方法對(duì)全地形四輪車的開發(fā)與設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)振動(dòng)特性；四輪車

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.017

1 車架結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性分析

1.1 車架結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)法分析

對(duì)車架利用實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果受測(cè)點(diǎn)分布的影響較大。測(cè)點(diǎn)布置原則為：在車架連接點(diǎn)、懸架支點(diǎn)、剛度變化明顯位置布置測(cè)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置盡量不布置，測(cè)點(diǎn)布置盡可能均勻。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可對(duì)測(cè)點(diǎn)靈活調(diào)整，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。在試驗(yàn)過(guò)程中，因?yàn)槿匦嗡妮嗆嚥键c(diǎn)數(shù)一般不高于100，為了對(duì)自由狀態(tài)模擬，用軟橡皮將車架懸掛起來(lái)，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，在車架尾部選擇激勵(lì)點(diǎn)，對(duì)72個(gè)響應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)測(cè)。受采集器通道的制約，測(cè)試要采用分組方法，從而確保實(shí)驗(yàn)的一致性，各組進(jìn)行5次試驗(yàn)。為了防止信號(hào)受到噪聲干擾，對(duì)響應(yīng)信號(hào)與力信號(hào)分別加指數(shù)窗與力指數(shù)窗。

1.2 車架結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性解析法分析

對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性采用解析法分析時(shí)，要借助有限元法。因?yàn)槿匦嗡妮嗆囓嚰苡啥喾N截面形態(tài)的鋼管焊接而成，為了保證結(jié)構(gòu)特性的準(zhǔn)確表示，利用MSC.Nastran中的殼單元?jiǎng)澐钟邢拊W(wǎng)格。為了確保模型的可靠、準(zhǔn)確，同時(shí)考慮計(jì)算效率，采用四邊形4節(jié)點(diǎn)，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(gè)單元和54 636個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)法與解析法對(duì)比

通過(guò)對(duì)以上2種方法的分析，對(duì)250和400全地形四輪車分析的結(jié)果如表1所示。通過(guò)2種方法結(jié)果的對(duì)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(shí)，也證明了該建模方式的準(zhǔn)確性較高，可在車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析中良好應(yīng)用。

2 車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性建模分析

2.1 車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)法

在對(duì)測(cè)點(diǎn)布置時(shí)，需要通過(guò)多次預(yù)實(shí)驗(yàn)及頻率測(cè)定，避免漏掉一些固有頻率。與車架測(cè)點(diǎn)布置圖相比，安裝發(fā)動(dòng)機(jī)后激勵(lì)點(diǎn)增加到3個(gè)，發(fā)動(dòng)機(jī)上測(cè)點(diǎn)增加到5個(gè)，總共77個(gè)響應(yīng)點(diǎn)。試驗(yàn)方法與車架實(shí)驗(yàn)相同，最后都是利用模態(tài)置信準(zhǔn)則與頻響函數(shù)矩陣對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2 車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性解析法

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)劃分實(shí)體網(wǎng)格，構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)有限元模型，并與車架有限元模型連接；將發(fā)動(dòng)機(jī)看作0維質(zhì)量單元，與車架利用梁?jiǎn)卧B接；將發(fā)動(dòng)機(jī)看作0維質(zhì)量單元，賦予轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量，在懸掛發(fā)動(dòng)機(jī)位置創(chuàng)建約束單元，包含多個(gè)約束單元，將多點(diǎn)約束單元利用beam單元和集中質(zhì)量單元連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與車架連接方式的模式。

在以上幾種方法中，第一種采用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)直接建模的方法，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性無(wú)法預(yù)測(cè)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性參數(shù)進(jìn)行考慮，也能準(zhǔn)確確定發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化后的位置，對(duì)實(shí)際情況下發(fā)動(dòng)機(jī)與車架的連接能真實(shí)模擬。

2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)慣量測(cè)量

測(cè)量方法比較多，包含落體觀測(cè)法、扭擺法、三維實(shí)體模型數(shù)值計(jì)算法等。本文采用模態(tài)實(shí)驗(yàn)頻響函數(shù)中質(zhì)量線對(duì)全地形四輪車動(dòng)力總成慣性參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。

2.2.2 車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)特性模擬分析

對(duì)已經(jīng)驗(yàn)證的車架有限元模型進(jìn)行利用，在發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛位置創(chuàng)建約束單元，將多點(diǎn)約束單元利用beam單元與集中質(zhì)量單元進(jìn)行連接，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與車架的連接方式進(jìn)行模擬。在求解器中導(dǎo)入車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)有限元模型，即可得到解析結(jié)果。

對(duì)250和400型全地形四輪車車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。由此可知，其振型一致、頻率準(zhǔn)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(yǔ)

本文所研究的建模方法對(duì)全地形四輪車結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性分析具有準(zhǔn)確性與通用性的特點(diǎn)，可提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)水平。對(duì)全地形四輪車車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了準(zhǔn)確預(yù)估，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]周新建，吳健，于孟.全地形車差速器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，04（24）.

[2]徐中明，余烽，汪先國(guó)，等.全地形車車架掛發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性建模方法[J].振動(dòng)與沖擊，2011，06（15）.

[3]余烽，徐中明，張志飛，等.全地形車車體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性有限元建模[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2013，06（21）.

〔編輯：張思楠〕