基于 HyperWorks 的某轿车副车架模态分析及优化

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1、Altair2012Hyperworks技术大会论文集基于HyperWorks的某轿车副车架模态分析及优化陈华丰云秀长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院CAE工程所重庆401120摘要：副车架是影响汽车舒适性的重要因素之一。为了使副车架不与发动机产生共振，其一阶模态频率必须高于发动机引起的2谐次激励频率。本文以某轿车副车架为研究对象，运用HyperWorks分析并优化一阶模态使其满足目标值，降低产生振动噪声的风险。关键词：副车架，共振，模态0概述汽车底盘性能主要是舒适性和操控性两大主题，而副车架又是影响这两大性能的重要

2、因素之一。副车架通过接附点与车身连接，并通过安装在其上的悬置支架与发动机连接，所以副车架主要作用是阻隔路面及发动机产生的振动，避免其直接进入车厢。由于大多数轿车前后悬置支架都是安装在副车架上，所以副车架模态直接决定着前后悬置支架模态。为了避免副车架与悬置支架在发动机激励下与发动机产生共振，副车架与悬置支架第一阶模态频率需高于发动机产生的2谐次惯性激励频率。以4缸发动机为例，运动部件产生的惯性激励频率为：nQf60式中n为发动机曲轴转速，Q为比例系数，一谐次不平衡激励Q1，二谐次不平衡激励Q2，依次类推。若发动机最

3、高转速为6000rpm，则其产生的2谐次激励频率为200Hz。本文以某轿车的副车架为例，分析并优化其一阶模态频率，使之满足200Hz的目标值。1基于副车架的模态分析理论不考虑外力和阻尼的自由振动系统Laplace方程如：2sMKXs0该方程为自然坐标系下多自由度的耦合方程，求解计算量较大。其中M、K分别指系统的质量矩阵及刚度矩阵，Xs表示矢量位移，M、K均为对称矩阵。根据系统的-1-Altair2012Hyperworks技术大会论文集特征向量,...

4、与M、K的正交特性，该方程可以对角化，将其转化到模12n态坐标系下，如：2sMKqs0TT其中MM，KK，Xsqs。而M与K均为对角矩阵，该方程为解耦方程。即通过模态坐标变换，将系统自然坐标系下的多自由度耦合方程转化为模态坐标系下多个单自由度的方程，减少计算量，求出模态频率等模态参数。2原始模型模态分析2.1网格划分将某轿车副车架及副车架上悬置支架的CATIA模型导入HyperMesh中，进行几

5、何清理和网格划分。由于副车架及悬置支架是薄壁件，所以采用Shell单元，平均尺寸大小为5mm，焊缝采用RBE2刚性连接。有限元模型如图1所示。图1某轿车副车架及悬置支架有限元模型2.2材料属性及约束计算中使用的材料属性如下：弹性模量：2.1E+05Mpa3材料密度：7.9E+03Kg/m泊松比：0.28约束副车架与车身接附点123自由度。2.3模态分析在HyperMesh中定义卡片，其中求解卡片采用S0L103，导出bdf文件。计算模态，得到结果OP2文件。在HyperView中查看模态阵型图，其中副车架一阶模态频率为

6、157.4Hz，其也为悬置支架一阶模态频率，低于目标值200Hz。当发动机2谐次激励频率达到157Hz左右时，会引起副车架、悬置支架与发动机发生共振。共振能量很大，传递至车厢内，使驾驶-2-Altair2012Hyperworks技术大会论文集员与乘客产生振动和噪声问题，引起不适。所以，需要通过CAE结构优化技术，使副车架悬置支架一阶模态频率高于发动机最高转速下产生的2谐次激励频率200Hz，达到避频目的。其中，副车架一阶模态阵型如下图2所示。图2副车架上悬置支架一阶模态阵型云图3优化方案模态分析3.1优化方案一根据第

7、一阶模态阵型的应变能分布云图，判断变形位置主要在副车架前安装板与圈梁连接处。根据工程经验，在此处加一个加强件，左右对称。如图3所示。3.2优化方案二根据第一阶模态阵型的变形趋势，运用HyperMesh中的HyperMorph模块将副车架圈梁及后横梁下表面向-Z向拉伸10mm，使其截面纵向加大。如图4所示。此处加加强件截面下表面-Z向加深10mm图3优化方案一示意图图4优化方案二示意图3.3综合方案模态分析将优化方案一与优化方案二综合，并计算模态。得到副车架上悬置支架第一阶模态频率为205.6Hz。其模态阵型图如图5所示

8、。图5综合优化方案模态阵型云图-3-Altair2012Hyperworks技术大会论文集4优化前后结果对比通过结构优化，副车架上悬置支架第一阶模态频率从157.4Hz提高到205.6Hz，满足200Hz目标值。达到了副车架、悬置支架与发动机避频的目的。原始模型优化综合方案变化目标值一阶模态（Hz）157.4205.6+48.22