梁靄明 楊媛媛

摘要：該文論述了模態(tài)分析的基本理論，結(jié)合SISO狀態(tài)空間系統(tǒng)，提出了一種實(shí)時(shí)分析結(jié)構(gòu)物振動(dòng)模態(tài)特性的方法。并通過貨車車架的例子，闡述其應(yīng)用方法，為車架的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，為其他振動(dòng)特性分析提供一種新方法。

關(guān)鍵詞:模態(tài)分析；狀態(tài)空間；振動(dòng)特性

中圖分類號(hào)：TH133.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)24-5878-04

Research on Application of Modal Method Based on Frame

LIANG Ai-ming1, YANG Yuan-yuan2

(1.Research Center, ZhongDa LED, Zhongshan 528476, China; 2.Computer Application, Tianhe College, Guangzhou 510000, China)

Abstract: This article discusses the basic theory of modal analysis, combined with SISO state space system, a real-time analysis of modal characteristics of structures approach. And through the example of truck frame, described the application of methods,provide theoretical ba? sis for the design of frame,also provide a new method for the analysis of vibration characteristics of the other.

Key words: Modal analysis; state space; vibration characteristics

近十多年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、FFT分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，模態(tài)分析得到了很快的發(fā)展。

機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等的實(shí)際振動(dòng)千姿百態(tài)、瞬息變化。模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑。首先，將結(jié)構(gòu)物在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行人為激振，通過測(cè)量激振力與響應(yīng)并進(jìn)行雙通道快速傅里葉變換（FFT）分析，得到任意兩點(diǎn)之間的機(jī)械傳遞函數(shù)。用模態(tài)分析理論通過對(duì)試驗(yàn)傳遞函數(shù)的曲線擬合，識(shí)別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù)，從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。根據(jù)模態(tài)疊加原理，在已知各種載荷時(shí)間歷程的情況下，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)物的實(shí)際振動(dòng)的響應(yīng)歷程或響應(yīng)譜[1~2]。

路面不平、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和高速行駛時(shí)的風(fēng)阻等是引起汽車車身振動(dòng)的主要振動(dòng)源。車身的振動(dòng)將帶來噪聲，影響乘員的乘坐舒適性，嚴(yán)重時(shí)振動(dòng)會(huì)造成結(jié)構(gòu)的共振或疲勞，從而破壞結(jié)構(gòu)。該文利用有限元法對(duì)貨車車架結(jié)構(gòu)（含有車頭）進(jìn)行模態(tài)分析，研究車架的振動(dòng)模態(tài)[1,3]。并結(jié)合SISO理論進(jìn)一步計(jì)算出模型各部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，較真實(shí)地描繪出動(dòng)態(tài)過程，為汽車的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供方便有效的工具。

圖4各模態(tài)對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)

本系統(tǒng)假設(shè)輸入幅值Umax=100g，脈寬為0.002s的正弦加速度輸入。可求得車架Z向各模態(tài)對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)如圖4所示。由圖4和表1分析易知，SISO系統(tǒng)求得的Z向各階模態(tài)結(jié)果與Ansys分析結(jié)果相一致，并且第二階模態(tài)（w2=33Hz）影響最嚴(yán)重，其中圖5為第二階模態(tài)的位移分布圖。圖5第二階模態(tài)的位移分布圖

通過SISO系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)由于車架振動(dòng)對(duì)車頭的影響。車頭底部隨時(shí)間的振動(dòng)如圖6，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，振動(dòng)逐漸消去，0.3s后振動(dòng)基本消除掉。

對(duì)某貨車車架（含車頭）進(jìn)行了有限元模態(tài)分析,并結(jié)合SISO狀態(tài)空間系統(tǒng)理論，計(jì)算和監(jiān)測(cè)其在車頭底部Z方向自由狀態(tài)下的振動(dòng)響應(yīng)特性，為車架的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。利用有限元模型對(duì)車架進(jìn)行模態(tài)分析,對(duì)于提高汽車的局部剛度和動(dòng)態(tài)特性、優(yōu)化車架結(jié)構(gòu)、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)省開發(fā)費(fèi)用具有重要意義。

該文論述的方法，從理論上講，與直接使用Ansys的瞬態(tài)模態(tài)疊加分析法基本一致，而計(jì)算效率更高。同樣，證明本方法在振動(dòng)模態(tài)方面適用的廣泛性和適用性。