王鵬利

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 710300)

基于Ansys的工程車輛前橋結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)分析

王鵬利

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 710300)

以陜汽SX3255DM354型工程車輛前橋?yàn)檠芯繉?duì)象，基于Ansys的結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析模塊，以隨機(jī)路面不平度為輸入激勵(lì)，研究了車轎結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)特性曲線并分析，對(duì)車橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、改進(jìn)和疲勞壽命分析做鋪墊。

隨機(jī)振動(dòng)；車橋；路面不平度；功率譜密度

0 引言

Ansys中的譜分析有為三類：功率譜密度即隨機(jī)振動(dòng)分析、動(dòng)力設(shè)計(jì)分析和響應(yīng)譜分析。

1 基于Ansys的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析流程

基于Ansys的隨機(jī)振動(dòng)分析步驟包括：建造模型、求模態(tài)解、擴(kuò)展模態(tài)、獲得譜解等?；贏nsys的車橋結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析流程如圖1所示。

圖1 車橋隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析流程

2 建立車橋結(jié)構(gòu)有限元模型

建立有限元模型是隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析的基礎(chǔ)，SX3255DM354型車輛前橋結(jié)構(gòu)中部下彎，中間斷面為工字梁，兩頭設(shè)計(jì)成方形，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)有主銷中心距，板簧中心距、板簧座截面尺寸和主銷內(nèi)傾角等?？紤]到結(jié)構(gòu)分析的可靠性，建立車橋結(jié)構(gòu)模型時(shí)注意：首先主要承載部位保持原有的形狀和位置；其次忽略了對(duì)分析結(jié)果影響不大的特征，如工藝小孔和某些形狀復(fù)雜、不利于建模的特征；最后對(duì)車橋某些局部特征做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，以確保風(fēng)格劃分的可靠性。

在AnsysWB中采用Solid92單元類型建模，控制單元類型的大小，并對(duì)局部進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)劃后得到12956個(gè)單元。

3 車橋結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

模態(tài)分析是隨機(jī)振動(dòng)分析的基礎(chǔ)。車橋結(jié)構(gòu)具有成千上萬個(gè)自由度，但只有低階固有頻率和相應(yīng)的振型是最有意義的。根據(jù)汽車懸架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)（表1），該型工程車輛響應(yīng)的頻率范圍為0.5～20 Hz，計(jì)算所得車橋結(jié)構(gòu)第10振型應(yīng)力云圖如圖2所示。

表1 車橋結(jié)構(gòu)前10模態(tài)振型頻率

圖2 車橋結(jié)構(gòu)第10振型云圖

4 前橋結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析

以F級(jí)路面不平度激勵(lì)為輸入[1-2]，在節(jié)點(diǎn)上施加功率譜密度激勵(lì)。在后處理器（POST26）中計(jì)算并顯示車橋結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)7239沿Y方向的加速度響應(yīng)譜曲線（圖3）、速度響應(yīng)譜曲線（圖4）和位移響應(yīng)譜曲線（圖5）。

加速度響應(yīng)的最大峰值在5.2 Hz，速度響應(yīng)的最大峰值在6.1 Hz，位移響應(yīng)的最大峰值在7 Hz。

圖3 節(jié)點(diǎn)7239沿Y方向的加速度響應(yīng)譜曲線

圖5 節(jié)點(diǎn)7239沿Y方向的位移響應(yīng)譜曲線

圖4 節(jié)點(diǎn)7239沿Y方向的速度響應(yīng)譜曲線

5 結(jié)束語

由節(jié)點(diǎn)7239的響應(yīng)譜圖可以看出在隨機(jī)激勵(lì)下車橋結(jié)構(gòu)存在一個(gè)明顯的共振峰值。對(duì)比可得，位移響應(yīng)頻率與結(jié)構(gòu)第2階固有頻率6.9143 Hz很接近，相差0.0857 Hz，分析得出這個(gè)頻率為車橋結(jié)構(gòu)在隨機(jī)激勵(lì)下的共振頻率。因此在對(duì)車橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)時(shí)，應(yīng)盡量避免汽車其它部件的振動(dòng)頻率與這個(gè)頻率發(fā)生耦合，從而避免懸架系統(tǒng)發(fā)生共振，這樣在一定程度上也可以減少共振對(duì)車橋造成不利影響。

[1]王鵬利，郭瑞峰.基于數(shù)值模擬載荷譜的車輛前橋隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命分析[J].工程機(jī)械，2013，10(44)：39-42.

[2]馬瑞雪，王欣，張科峰.客車骨架結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用.2011,1：54-57.

U472.4文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

王鵬利（1987—），男，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)疲勞可靠性分析研究。