張 楓

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

純電動(dòng)客車(chē)桁架車(chē)架模態(tài)分析

張 楓

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用大型通用有限元分析軟件hyperworks建立車(chē)架的有限元模型，并對(duì)該車(chē)架進(jìn)行了模態(tài)分析，從而得出車(chē)架的固有頻率和振型，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該車(chē)架具有合理的陣型和固有頻率，為該車(chē)架的設(shè)計(jì)起到了較好的指導(dǎo)作用。

車(chē)架；模態(tài)分析；hyperworks

引言

新能源汽車(chē)經(jīng)過(guò)近 10 年的研究開(kāi)發(fā)和示范運(yùn)行，初步具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)，電池、電機(jī)、電子控制和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)取得明顯進(jìn)步，純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)始小規(guī)模投放市場(chǎng)。

車(chē)架是車(chē)輛承載基體，隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)也進(jìn)行很大的設(shè)計(jì)調(diào)整。而作為重要的受力件，汽車(chē)大部分部件，如動(dòng)力總成，車(chē)身，車(chē)橋等都與車(chē)架直接聯(lián)接，在車(chē)輛行駛過(guò)程中，車(chē)架會(huì)承受來(lái)自路面的沖擊載荷以及扭轉(zhuǎn)，彎曲等多種載荷產(chǎn)生作用力，車(chē)架的性能直接影響汽車(chē)的舒適性，行駛平順性及安全性。

本文通過(guò)hypermesh軟件對(duì)車(chē)架模態(tài)進(jìn)行有限元分析，通過(guò)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論支持，也對(duì)汽車(chē)試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。

1 車(chē)架有限元模型處理

1.1 有限元模型的簡(jiǎn)化

本文使用Hypermesh軟件建立整車(chē)的有限元模型，劃分車(chē)架網(wǎng)格時(shí)，考慮其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前處理的工作量較大，有限元網(wǎng)格單元尺寸按10mm劃分，絕大多數(shù)網(wǎng)格使用QUAD4單元，少量用TRIA3板殼單元。

對(duì)整車(chē)模型做一些必要的簡(jiǎn)化，提高建模和運(yùn)算效率：

（1）忽略覆蓋件、小裝置、控制部件對(duì)車(chē)架分析的影響；

（2）不考慮螺栓和鉚釘?shù)念A(yù)應(yīng)力及焊接應(yīng)力等；

（3）由于孔對(duì)于縱梁強(qiáng)度的影響較大，故縱梁上的孔位及數(shù)量盡可能與實(shí)物保持一致，僅刪除了一些不在集中力作用點(diǎn)附近的小孔。

1.2 車(chē)架組件的裝配

車(chē)架與其上附件是通過(guò)焊接，鉚接及螺栓等方式連接而成，將各組件按照其實(shí)際約束關(guān)系安裝成整體。焊接采用MPC連接（RBE2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接），主要用于各總成件的連接，鉚釘連接采用梁?jiǎn)卧猚beam，rbe2連接孔周?chē)鷫壕o面。車(chē)架有限元模型如下圖1：

圖1 車(chē)架有限元模型

2 車(chē)架的自由模態(tài)分析結(jié)果

模態(tài)是車(chē)架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有震動(dòng)特性。每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。本文模態(tài)分析的目的是為了解車(chē)架的固有頻率是否在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)了解車(chē)架的剛度分布是否合理，以便為設(shè)計(jì)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖2

低階陣型反映了結(jié)構(gòu)整體的振動(dòng)形式，較低階的固有陣型對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響要強(qiáng)于高階陣型，因此低階陣型決定了結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，因此本文重點(diǎn)分析了對(duì)車(chē)架的振動(dòng)響應(yīng)影響相對(duì)較大的激勵(lì)頻率中的前6階固有頻率與振型。車(chē)架模態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖2。

3 結(jié)論

汽車(chē)激勵(lì)一般分為路面、車(chē)輪不平衡激勵(lì)、傳動(dòng)軸激勵(lì)及發(fā)動(dòng)機(jī)（電機(jī)）怠速激勵(lì)，此客車(chē)為純電動(dòng)汽車(chē)，不考慮怠速激勵(lì)；道路激勵(lì)頻率一般小于3Hz；車(chē)輪不平衡激勵(lì)一般小于5Hz；汽車(chē)在城市道路上的車(chē)速在40-60km/h時(shí)，傳動(dòng)軸激勵(lì)頻率在30Hz以上。

從模態(tài)的結(jié)果來(lái)看，車(chē)架的一階模態(tài)特別是一階豎彎模態(tài)均避開(kāi)了汽車(chē)的主要激勵(lì)頻率，符合車(chē)架設(shè)計(jì)要求。

[1] 陳家瑞,汽車(chē)構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 王霄鋒.汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社,2010.

[4] 賀李平.ANSYSY14.5與Hypermesh12.0聯(lián)合仿真有限元分析.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

Analysis of modal analysis of truss frame of pure electric bus

Zhang Feng

( Anhui jianghuai automobile group co. LTD, Anhui Hefei 230601 )

s: Article using the large general finite element analysis software hyperworks frame finite element model is established, and the modal analysis of the frame, calculated the frame of the inherent frequency and vibration model, and evaluate the result of the calculation. The results show that the frame has a reasonable formation and natural frequency, which can guide the design of the frame.

The frame; The modal analysis; hyperworks

U469.72

A

1671-7988 (2017)21-117-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.039

CLC NO.: U469.72

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1671-7988 (2017)21-117-02

張楓，就職于江淮汽車(chē)底盤(pán)營(yíng)銷(xiāo)公司研發(fā)部，從事底盤(pán)車(chē)架系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。