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        某電動(dòng)汽車(chē)白車(chē)身模態(tài)實(shí)驗(yàn)及其動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)

        2018-01-25 07:48:43黃祖嚴(yán)
        汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2018年1期
        關(guān)鍵詞:振型車(chē)身模態(tài)

        黃祖嚴(yán)

        (中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心,天津 300300)

        引言

        汽車(chē)的車(chē)身設(shè)計(jì)是整個(gè)汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的一部分,涉及到汽車(chē)外形美觀,汽車(chē)碰撞安全,汽車(chē)輕量化,汽車(chē)密封性,汽車(chē)平順性等各個(gè)方面。如果汽車(chē)車(chē)身動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)不合理,很容易在路面激勵(lì)下發(fā)生共振,進(jìn)一步影響汽車(chē)行駛的平順性。近年來(lái),工程研究人員針對(duì)汽車(chē)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了大量的研究。

        2012年鄭錦濤等利用最小二乘復(fù)頻域法研究了某車(chē)輛白車(chē)身的動(dòng)態(tài)特性,得到了其前10階模態(tài)參數(shù),利用得到對(duì)的參數(shù)對(duì)白車(chē)身進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)[1]。張建等利用 smart office平臺(tái)對(duì)某車(chē)輛白車(chē)身進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,并研究了當(dāng)結(jié)構(gòu)改變時(shí)該白車(chē)身結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)所產(chǎn)生的變化[2]。2013年劉成武等利用錘擊的方法對(duì)某車(chē)輛白車(chē)身進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和阻尼參數(shù)對(duì)結(jié)果影響較大[3]。2014年王宏宇等利用計(jì)算的方法分析了某轎車(chē)的動(dòng)態(tài)特性,并且對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化,降低了固有頻率和質(zhì)量[4]。張華鑫等通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)兩周不同的汽車(chē)白車(chē)身進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,并且將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比[5]。2015年韓陽(yáng)等利用實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合的方法對(duì)某轎車(chē)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的結(jié)果誤差在10%以內(nèi)[6]。2016年陳海潮等利用統(tǒng)計(jì)分析的方法研究了某轎車(chē)白車(chē)身剛度等關(guān)鍵性參數(shù)[7]紀(jì)霞等利用實(shí)驗(yàn)和仿真的方法對(duì)某轎車(chē)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)標(biāo)研究[8]。2017年姚再奇等對(duì)某轎車(chē)白車(chē)身進(jìn)行了剛度優(yōu)化[9]。

        本文利用西門(mén)子公司的LMS test.lab模態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)白車(chē)身自由進(jìn)行了測(cè)試分析,得到了前幾階模態(tài)參數(shù),并且根據(jù)測(cè)試的結(jié)果對(duì)該白車(chē)身動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

        1 實(shí)驗(yàn)方案

        對(duì)白車(chē)身進(jìn)行四點(diǎn)支撐,采用空氣彈簧支撐于車(chē)身底部縱梁上,以模擬整車(chē)處于自由-自由狀態(tài)。保證其剛體模態(tài)遠(yuǎn)小于第一階彈性體模態(tài)。采用兩個(gè)激振器產(chǎn)生猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)對(duì)白車(chē)身進(jìn)行激勵(lì),兩個(gè)激振器分別置于車(chē)身左前縱梁與右后縱梁位置。采用10之三向加速度傳感器采集車(chē)身個(gè)點(diǎn)的加速度信號(hào)。采用的主要儀器及型號(hào)如表1所示。實(shí)驗(yàn)整體布置方案如圖1所示。

        表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

        圖1 實(shí)驗(yàn)方案圖

        在白車(chē)身上布置加速度傳感器以采集車(chē)身結(jié)構(gòu)的響應(yīng),共布置268個(gè)測(cè)點(diǎn),分別測(cè)取所有測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)值建立模型測(cè)點(diǎn)布置情況和模型圖如圖2所示。

        圖2 測(cè)點(diǎn)布置情況

        測(cè)試時(shí)分析頻率為 256Hz,頻率分辨率 0.125Hz,平均次數(shù)為30次。最終將全部測(cè)試點(diǎn)的加速度響應(yīng)的頻響函數(shù)進(jìn)行綜合分析,得出模態(tài)頻率及對(duì)應(yīng)振型。測(cè)試時(shí)因?yàn)閭鞲衅鲾?shù)量少于測(cè)點(diǎn)數(shù)量,所以采用移動(dòng)傳感器的方式進(jìn)行測(cè)試。每次測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)為10個(gè),一共需要測(cè)試27次。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        將測(cè)試的數(shù)據(jù)見(jiàn)過(guò)利用 LMS.test.lab軟件的模態(tài)分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可得穩(wěn)態(tài)圖,見(jiàn)圖 3。從穩(wěn)態(tài)圖分析可知該車(chē)輛的前三階模態(tài)固有頻率為42.9Hz,48.5Hz和53.7Hz。

        圖3 穩(wěn)態(tài)圖

        其前三階模態(tài)的振型圖分別如圖4-6所示,根據(jù)振型動(dòng)畫(huà)分析可知,第一階模態(tài)振型為整體的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài),第二階模態(tài)振型為前機(jī)艙橫擺模態(tài)。第三階模態(tài)振型為一階彎曲模態(tài)。

        圖4 第一階振型

        圖5 第二階模態(tài)振型

        圖6 第三階模態(tài)振型

        為評(píng)價(jià)該電動(dòng)汽車(chē)白車(chē)身設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)特性是否滿足需要,將其和設(shè)計(jì)目標(biāo)值記性了列表對(duì)比,對(duì)比情況如表2所示[10,11]。

        表2 對(duì)比表

        從對(duì)比的情況可知所設(shè)計(jì)的車(chē)身的前三階模態(tài)固有頻率均高于目標(biāo)值,能夠有效的避開(kāi)路面激勵(lì)頻率,從而達(dá)到避免共振,減小振動(dòng)的效果。所設(shè)計(jì)的車(chē)身動(dòng)態(tài)特性滿足設(shè)計(jì)要求。

        3 總結(jié)

        本文振動(dòng)某電動(dòng)汽車(chē)白車(chē)身,利用西門(mén)子公司的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,所做的工作可歸結(jié)如下:

        (1)搭建了測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái),建立了白車(chē)身幾何模型。

        (2)進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試和分析,得到了前三階模態(tài)的固有頻率和振型。

        (3)利用測(cè)試的結(jié)果對(duì)該白車(chē)身進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)要求。

        本文的方法和結(jié)果對(duì)電動(dòng)汽車(chē)白車(chē)身動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

        [1] 鄭錦濤,楊志堅(jiān).某乘用車(chē)白車(chē)身試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析及動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2012,29(5):85-89.

        [2] 張建,唐文獻(xiàn),馬寶,等.某轎車(chē)白車(chē)身試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,26(2):146-149.

        [3] 劉成武,錢(qián)林方,洪亮.基于 polyMAX的白車(chē)身錘擊實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)及靈敏度分析[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào),2013,11(4):359-363,3.

        [4] 王宏宇.某 SUV 白車(chē)身模態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(15):12-13.

        [5] 張華鑫,童敏勇.某轎車(chē)白車(chē)身模態(tài)試驗(yàn)分析研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2014(3):107-109.

        [6] 韓陽(yáng),李洪力,朱延鵬.某轎車(chē)白車(chē)身模態(tài)有限元分析與試驗(yàn)研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2015(3):105-107.

        [7] 陳海潮,周文超,徐中皓,等.基于統(tǒng)計(jì)分析的白車(chē)身剛度關(guān)鍵參數(shù)研究與應(yīng)用[J].汽車(chē)工程,2016,38(10):1278-1282.

        [8] 宋紀(jì)俠,王彥,章睿,等.白車(chē)身模態(tài)試驗(yàn)與模態(tài)仿真對(duì)標(biāo)研究[J].汽車(chē)科技,2016(4):83-86.

        [9] 姚再起,門(mén)永新,李落星,等.基于梁與接頭靈敏度分析的白車(chē)身剛度模態(tài)優(yōu)化[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,44(4):9-15.

        [10] 陳旭.白車(chē)身有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[J].北京汽車(chē),2017(3):46-48.

        [11] 焦學(xué)健,邢帥,趙慧力,等.基于 Hyperworks某乘用車(chē)白車(chē)身剛度及模態(tài)分析[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,31(2):40-43,48.

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