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1、第4期(总第161期)机械工程与自动化No.42010年8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONAug.文章编号:1672-6413(2010)04-0074-03摩托车车架模态分析柳小桐(煤炭科学研究总院太原研究院,山西太原030006)摘要:固有频率是摩托车车架的重要动态特性之一。通过模拟实际情况对车架模型进行了简化,同时施加了约束。通过对理论模态和实验模态分析结果进行对比,说明理论分析时对车架进行适当简化是合理的,约束是有效的。关键词:摩托车车架;模态分析;固有频率中图分类号:U483文献标识码:A0引言没有外力
2、作用,且结构阻尼对结构的固有频率和振型车架是摩托车的主要部件,作为整个摩托车的支影响甚微,因此可得出处于自由振动状态的结构运动撑部分,从其构造、外观等各个方面显示出它的重要方程:¨性。设计时除需满足发动机、油箱、前后悬挂行走装MX+KX=0。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)置等安装条件及整车造型要求外,良好的力学承载特其解的形式为:性更是车辆性能和行驶安全性的重要保证。摩托车在X=Uexp(iXt)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)行驶中受多种力的作用,如路面的随机激励力、发动其中:U为节点振幅;X为系统特征圆频率;t为时间;2机的牵引力、惯性力等,尤其
3、是在各种环境中行驶时,i为阶数。令K=X,得出系统特征值方程:车架的受力差异极大。而摩托车的结构复杂,车架形(K-KM)U=0。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)式各异,设计和质量指标未能完全包括车架的力学特式(4)存在非零解的条件为矩阵行列式为0,即:性,存在局部强度不足的事故隐患。因此摩托车车架det(K-KM)=ûK-KMû=0。⋯⋯⋯⋯⋯(5)必须具有足够的强度和刚度,且应有良好的动态性展开式(5)可得到关于K的N次多项式方程,该[1]能。为此,本文通过对车架的强度及动态性能的研方程的N个根K1,K2,⋯,Kn即为系统特征值。究,找出车架结构的
4、薄弱环节进行改进设计,对提高将K1,K2,⋯,Kn代入式(4),可得与Ki对应的特摩托车的动态性能指标具有十分重要的意义。征向量Ui,它给出了系统与圆频率Xi所对应的第i阶[2]1模态分析理论固有振型。有限自由度的弹性机械系统离散运动方程为:求解上述方程的常用方法有Lanczo法、Subspace¨·MX+CX+KX=F。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)法、QR法以及Jacobin法等。求解时应根据计算需要式中:M——结构总质量矩阵;选取不同的方法。C——结构阻尼矩阵;模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术,K——结构刚度矩阵;模态分析从方法上可分为理论
5、模态分析和实验模态分·¨X、X、X——分别为节点位移、速度和加速度列析。理论模态分析主要是利用分析软件计算出模态并阵;加以分析;而通过测量输入和输出获得系统固有特性F——结构载荷列阵。函数的过程,就是所谓的实验模态分析。对于总自由度为N的结构系统,M、C、K均为本文拟用ANSYS有限元分析软件,对某摩托车N×N的矩阵。通过求解式(1),可以得到系统位移场,车架进行理论模态分析,并通过实验模态分析,验证并进而计算出应力和应变。在模态分析中,由于系统理论分析结果的可靠性,从而为摩托车车架的动态测收稿日期:2009-12-14;修回日期:2010-03
6、-01作者简介:柳小桐(1962-),男,山西祁县人,高级工程师,本科。2010年第4期柳小桐:摩托车车架模态分析·75·试分析提供依据。3.2摩托车支承方式的选择2理论模态分析使用车梯将摩托车支起,前轮和车梯接地,因为摩托车车架由多种管材及板材焊接而成,是复杂要想准确地在这种工况下进行模态分析,支承方式应的空间三维结构,在此对该摩托车车架作了一定的简选择为接地支承。化,后面将用模态分析后的结果来验证这些简化的正3.3激振确性。由于被测试结构为摩托车车体,本身比较笨重并图1为简化后的理论模态分析模型,所得到的前且其结构复杂,可以安装传感器的位置十
7、分有限,同8阶固有频率见表1。时为降低实验数据量,在本论文中采用多输入单输出的测试方法(即采用固定响应点、轮流敲击各不同测点的方法)。3.4测点的选取、传感器的布置车架上的测点分别布置在悬架支点、车架连接点和刚度变化较明显的点上,尽可能使车架主梁布点均匀。另外布点还应该根据实验数据灵活地进行调整,以获得较精确的数据。为了全面反映车架的动态特性,同时考虑其几何结构特点,在车架上共布置了14个测点。由于摩托车是一个空间结构,要全面了解其动态特性,必须测得车体在X、Y、Z三个方向的数据,但由于实验条件有限,本论文仅选取了一个方向进行试图1理论模态分析模
8、型验,即水平Y方向。表1理论模态分析结果将节点坐标和约束条件输入完毕后即可生成结构阶数频率(Hz)阶数频率(Hz)图,车架的实物以及实验
