自卸汽车铝合金车箱结构模态分析

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1、2010年5月中国制造业信息化第39卷第9期自卸汽车铝合金车箱结构模态分析王锋，程晓东，刘大维，刘文昊，王中长，朱龙龙(1．青岛大学车辆工程系，山东青岛266071)(2．重汽集团专用汽车公司，山东青岛266031)摘要：有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识车辆结构动态性能的一种有效手段。为分析自卸汽车铝合金车箱的动态特性，建立了以板壳单元为基本单元的车箱有限元分析模型，应用HyperMesh有限元分析软件计算了该车箱在自由状态下的模态参数。建立了车箱模态试验系统，进行车箱模态试验，提取了模态参数。计算结

2、果与试验结果对比分析表明，所建立的有限元模型和采用的分析方法是可行的。关键词：自卸汽车；车箱；有限元；模态试验；模态分析中图分类号：U463．84文献标识码：A文章编号：1672—1616(2010)09—0040一O4自卸汽车是一种带有液压举升系统、能自动完的有限元计算模型的网格划分是在HyperMesh软件成车箱卸货的专用汽车，已成为公路运输、道路施中进行的。车箱各铝合金板采用边长25nma的板壳工、矿山、水利工程、隧道建设、港口码头等场所各单元(Shd1)模拟，后板翻转支座与车箱翻转支座采用类散装货物

3、的运输车辆。近年来，随着国家节能减三维实体单元(SObd)模拟，车箱焊接部位采用焊接单排、绿色环保政策法规的实施，创建资源节约型、环元(Sl：otweld)模拟，焊接部位的节点采用Dspotweld单境友好型社会步伐的加快，自卸车轻量化越来越被元连接。螺栓连接采用刚性单元(rbe2)模拟。整个车社会所关注⋯1。研究表明，汽车自重每减轻10％，箱有限元模型由285387个单元、289144个节点组燃油消耗最多可降低8％。欧洲铝协得出结论，整成。铝合金材料的弹性模量为7．9×104MPa，泊松比车质量每减少lO

4、Okg，每升油可多行驶lkm[2l。自为0．33，密度为2700kg／m3，车箱总质量为21500kg。卸汽车由底盘和上装2部分组成，其中上装部分占车箱有限元模态分析模型如图1所示。到汽车整备质量的40％左右，车箱占整个上装质量的75％以上。因此，车箱的轻量化研究对自卸车轻量化起着举足轻重的作用。有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识汽车的结构动态性能的一种有效的手段，在汽车车架和车身动态性能研究中得到了广泛应用【3_6l。某公司设计开发了一种自卸汽车铝合金车箱，减轻了整车自重。为使铝合金车箱结构具有良好的

5、动态特性，满足使用要求，本文进行了铝合金车箱的有限元模态分析和试验模态分析。图1车箱有限元模态分析模型1车箱结构的有限元模态分析1．2车箱有限元模态计算结果与分析1．1车箱结构的有限元模型建立模态计算采用HyperMeSh自带求解器op一铝合金车箱主要由2根主纵梁、底板、边板、前tistruct中的Lanczos方法，对车箱进行自由模态分板、后板组成。车箱通过翻转支座与车架连接。车箱析。图2给出了车箱的前6阶振型图。由图2可收稿日期：2010—01一l3基金项目：山东省自然科学基金资助项目(ZR2009FM

6、044)作者简介：王锋(1984一)，男，山东邹平人，青岛大学硕士研究生，主要研究方向为车辆动态模拟仿真技术。·现代设计与先进制造技术·王锋程晓东刘大维等自卸汽车铝合金车箱结构模⋯⋯41以看出，第1阶是车箱绕纵轴的l阶扭转振动；第板前后两端横向弯曲振动，底板垂直振动；第5阶2’阶是车箱1阶横向弯曲振动，车箱中部振幅较是3阶横向弯曲振动，车箱振幅较大；第6阶是复大；第3阶是车箱2阶横向弯曲振动，车箱前部振合振动，车箱侧板前后两端横向弯曲振动，但振幅幅较大，后部振幅较小；第4阶是复合振动，车箱侧较小，底板垂直振

7、动，且前部发生局部振动。2阶模态3阶模态4阶模态5阶模态6阶模态图2车箱有限元模态振型图噪声技术研究所的INV306D(F)智能信号采集系2车箱结构的试验模态分析统。2．2车箱的支承方式及测点布置2．1车箱模态试验系统由于被测车箱在整车中处于一定的约束状态，车箱模态试验系统由激振系统、信号测量与数试验模拟车箱的真实约束往往比较困难，一般用自据采集和信号分析系统组成，如图3所示。由状态来代替。自由状态可以通过弹性绳的吊挂或弹性支承来实现[，本试验采用弹性绳吊挂的方式，将车箱吊挂在天车上，如图4所示。激励锤图3

8、车箱模态试验系统·试验采用瞬态激励信号，由激励锤进行单点激振，以获得瞬态激励信号。激励锤为北京东方振动和噪声技术研究所生产的DFC一02高弹性聚能力图4车箱吊挂方式锤(12．5t)。信号测量系统主要包括压电式加速度在车箱上共布置有150个测点(如图5所示)，传感器和电荷电压滤波积分放大器，用以测出激振分别布置在车箱四面上的关键部位。为了能得到力和振动响应。本试验采用北戴河传感器技术研车箱在多方向上的模态参数，每个