工程车辆车架的模态仿真与试验研究

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1、工程车辆车架的模态仿真与试验研究邓习树周萍三一集团有限公司，长沙，410100摘要:车架的动态特性直接影响着整车的性能，因此车架结构动态特性分析在工程车辆设计工作中占有重要地位。以某工程车辆车架为研究对象，采用有限元分析方法与模态试验技术获取其固有频率与振型，结合发动机及路面的激励频率对其低频动态特性进行分析，并给出改进方案，结果表明改型后车架的固有频率避开了发动机怠速频率及路面激励频率，避免了该工程车辆在怠速及路面行驶中可能产生的共振问题。关键词：工程车辆；车架；有限元分析；模态试验中图分类号：TH16ModalExperiment

2、StudyandFiniteElementAnalysisontheframeofEngineeringTruckDengXishuZhouPingSanyGroupCo.,LTD,Changsha410100Abstract:DynamicperformaneeofframemakesadirectimpactontheEngineeringtruck,thusanalysisofitsdynamicperformaneeoccupiesanimportantpositioninwholedesign.Takinganenginee

3、ringcarasexample,thefiniteanalysismethodandmodalexperimenttechnologyiscombinationtoobtainitsnaturalfrequencyandcorrespondingmodeshapes.Combiningengineandexcitationfrequency,itslowfrequenciesdynamicisanalyzed,thewayforimprovetheframestructureisalsogiven.Resultsshowthatth

4、enaturalfrequenciesoftheframecanescapefromtheabove-mentionedexcitationfrequencies,thereforeavoidtheresonanceofforkliftwhenitismovingatidleorroadissue.KeyWords:EngineeringTruck;Frame;FiniteElementAnalysis;Modaltest;0引言车架是车辆的安装基础，支撑着发动机、传动系、行驶系和车身等重要装置，承载看來白发动机和路而激励等各种复杂载

5、荷的作用。车辆在行驶和工作过程中，车架产生的扭转或弯曲变形，可能会破坏各部件的相对位置，引起结构磨损，影响整车的振动舒适性、行驶平顺性、安全性及寿命。因此，为了设计结构合理、安全可靠的车架，对车架结构进行动态特性分析是必要的。有限元模态分析与试验研究是结构动态特性分析的有效手段，在汽车车架或车身动态性能研究屮得到广泛应用。如文献［1］利用模态试验方法对某轿车副车架进行动态特性分析，为车架结构的改进设计提供指导依据。文献［2］利用有限元模态分析技术分析某客车车身的动态特性，针对发现的问题提出改进建议。H前，国内针对轿车等乘用车车架的动态

6、特性研究较多，但缺乏工程车辆车架的相关研究及针对性的改进方案。本文以国内某工程车辆的车架为研究对彖，采用有限元分析方法与模态试验技术相结合，获取车架固有频率与对应振型，讨论了车架在发动机及路面激励作用下产生共振的可能性，并通过车架结构的改进设计提升其动态特性，避免发生整车共振。1动力学分析基础1.1车架一般振动方程车架是一个多自由度弹性结构，离散后可以简化为一个n自由度的系统，其振动方程可表述为：+=｛/(/)｝(1)式中：｛/(/)｝为作用力向最；［m］为质量矩阵；［c］为阻尼矩阵；［k］为刚度矩阵；｛%｝为位移向量。1.2模态分析

7、基本理论对车架进行模态分析，其固冇频率和振型外部作用力｛/(/)｝无关，且小阻尼对固冇频率及振型的影响町忽略，则式(1)可简化为：［M嗣+凶｛亠0(2)由于弹性体的自由振动可分解为一系列的简谐振动的叠加⑶，因此方程(2)的解可设为：x=

8、古

9、有圆频率。由式（2）、（3）计算可得系统的特征方程为：表1车架主要频率及振型描述阶数固有频率振型描述18.33一阶纵向扭转210.45一阶横向弯曲321.81二阶横向弯曲427.79一阶垂向弯曲633.98二阶纵向扭转由式（4）求出特征值沪和振型

10、矩阵｛0。根据f=風"即可获得系统各阶固冇频率即模态频率，固冇振型及模态振型。2车架结构及有限元分析2.1车架结构及有限元建模以某工程车辆为例，该车车架为边梁式结构⑷，全长8060mm,主要由2根纵梁和7根横梁组成，其纵