模态分析技术

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1、2自由度的弹簧减震器模型时域分析与频域分析朱松鹤（武汉理工大学汽车工程学院；车辆工程1103班；1049721102157）摘要：基于ADAMS的参数化建模在工程中应用极为广泛，汽车的车辆和车身振动即可看为是一个两自由度的弹簧减震器模型。本文通过对该模型的简化和建立，分析其在低频范围内的时域和频域振动响应。能促进深入理解汽车的平顺性，减小汽车的振动。关键词：2自由度弹簧减震器模型；参数化；时域分析；频域分析引言ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动

2、力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。1．基础知识时域分析是指控制系统在一定的输入下

3、，根据输入量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。在时域范围内，典型的处理方法如下：1.以一个固定频率的激振力施加在系统上，使系统产生振动。2.当系统在给定频率的激振力下达到稳态响应时，以系统最大和最小振动响应幅频的平均值来计算系统的稳态响应。这就能使我们得到系统在给定频率下的稳态响应。3.以另外一个不同的激振频率重复上述步骤。频域------自变量是频率，即横轴是频率，纵轴是该频率的幅度，它描述了频率结构及频率与该频率信号幅度之间的关系。而在频域范围内，处理方法如下：1.定义一个或多个输入通道和执行器使系统产生

4、振动。2.定义输出通道测量系统的响应。3.在一个单一的测试分析中对系统进行大范围频率的受迫激振。本文中，将使用以下方法来验证方案的正确性。1.获取系统时域范围内的稳态响应图形。2.ADAMS/View提供了两组函数来提取系统的稳态响应，一个是FUNC_GET_STEADY_STATE，另一个是MAX_STEADY_STATE。3.通过/ViewFunction来定义试验目标。4.激振力的施加是通过一个设计变量FREQ来分配不同的频率。在给定的某一个分析中，对系统施加的频率是唯一的。输入为扫频正弦输入，设计变量为FREQ。本

5、文中将用一系列时域仿真结果与频域仿真的稳态响应分析结果作比较。其过程如下：1.在时域范围内给定一个频率使之激振系统。2.当系统达到稳态时，通过计算系统的最大最小响应值的平均值来衡量系统的响应。3.通过ADAMS/Vibration扫频频率输入得到系统的频率响应。4.比较振动频率响应和稳态响应。1．模型建立1.1.模型描述这是一个简单的两自由度、双质量弹簧减震器模型。两质量块的质量相等，无重力情况。从上到下，质量块分别为M1和M2，M1=M2，弹簧减震器的刚度分别为k1、k2、k3，阻尼分别为c1、c2、c3，M1至上固定点

6、的距离为d1，M1与M2之间的距离为d2，M2与下固定点的距离为d3，均为设计变量。1.2.模型建立通过输入已经建立的好的模型，导入ADAMS。同时模型中含有计算时域响应稳态时的函数。导入模型如图1所示。图1模型图2．时域范围内激振系统在时域范围内使用一个单组分的激振力激振系统，即SFORCE。同时创建一个设计变量来定义激振力，使之在特定的离散频率激振系统。创建的变量名为FREQ。所定义的设计变量含5个特定的激振频率：4.0Hz、5.0Hz、5.5Hz、6.0Hz和7.0Hz。如图2所示。图2设计变量定义图图3激振力定义图

7、创建一个SFORCE在FREQ的频率下激振质量块M2。激振点位于M2的中心位置，指向Y。同时其大小函数为：1.0*sin(2*pi*FREQ*time)。即此时，SFORCE将以幅值1牛顿的正弦曲线的力在FREQ定义的频率下激振系统。如图3所示。1．评价设计使用以定义好的设计评价FREQ_RESP优化设计系统。在设计研究的每一次试验中，激振频率FREQ将以上述不同的5个频率驱动系统振动，以此得到系统的稳态响应幅值。ADAMS/View使用以下两个函数计算系统响应的平均值。FUNC_GET_STEADY_STATE函数从测量

8、函数FUNCTION_MEA_DY中提取稳态的值。假设系统在3.5秒后达到稳态，函数将提取系统在之后的响应测量量。可以将此函数简化为：FUNCTION_MEA_DY.Q.values[indexat3.5seconds:indexatendtime]。MAX_STEADY_STATE函数提取稳态响应的F