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1 前言 ??? 在汽车三大总成之中，汽车车身代表着汽车开发的水平，在汽车开发中占有主体地位。由于在车辆行驶过程中，车身结构会在各种振源的激励下产生振动，若这些振源的激励频率接近了车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏。因此，为了提高汽车的安全性、稳定性和舒适性，就必须对车身结构的固有频率进行分析，并可以通过对其结构的设计来避开各种振源的激励。文中就是采用有限元分析的方法，对某车型的车身地板进行模态分析，分析其固有频率及振型，为实际生产提供参考依据。 2 车身地板有限元模型的建立 车身地板是典型的凹凸槽板结构，而对其的模拟建模有两种方法，一是按凹凸槽的真实形状建模；二是按照文献中提到的方法，即用在凹凸槽处加加强梁的平板结构来模拟，使加强梁的截面参数与实际结构相一致，文中原始模型采用第一种方法。 2.1建模 2.1.1平面问题及薄板弯曲 车身地板的CAD模型是在Catia软件里创建完成的。 车身的大部分零件是薄板冲压件，板材的厚度h远小于其平面尺寸。薄板的变形与载荷的作用方式有关，当载荷平行于中面（平分薄板厚度的平面）且沿厚度方向不变，可认为是平面应力问题；若载荷垂直于中面，则将引起薄板的弯曲变形。 以薄板的中面为x-y平面，垂直于中面的轴为z轴。在平面应力问题中只有平行于x-y平面的三个应力分量： 这三个分量沿厚度h不变，它们只是x和y的函数，与坐标z无关，而其余分量为零。平面应力的物理方程为： 薄板弯曲变形后，中面由平面变成曲面，称为弹性曲面。中面内各点在垂直于中面的方向的位移w称为挠度。当w远小于厚度t时，即满足 时，可以认为中面无线应变也无角应变，此时称为薄板弯曲的小挠度问题。若挠度w接近厚度t的量级，就不能再认为弹性曲面内纤维的长度不变，问题将变为非线性的，这种情况称为薄板弯曲的大挠度问题。工程中的大部分问题是将薄板的弯曲视为小挠度问题，这样可使问题大大简化。薄板弯曲小挠度问题的应力与变形间的物理方程可表示为： ??? 综上所述，由于车身地板是个结构较复杂的薄板冲压件，在受到载荷的作用的时候，其既存在平面应力问题，又有薄板弯曲问题。所以在实际的工程分析中，均要考虑到这两个方面的作用。 2.1.2单元类型 在建立车身零件有限元模型时，考虑到这些薄板冲压件既能抵抗平行于其平面方向的拉压力，又能抵抗弯曲和扭转的载荷，应选用符合这两种特性的单元类型。而板壳单元具有一定的厚度，能够充分描述这些特征，所以采用板壳单元来建模。 2.1.3材料定义 车身地板的材料通常采用薄板钢材，其弹性模量E=2.1x105 Mpa,泊松比取μ=0.3，则密度ρ=7.9x103 kg/m3。在采用板壳单元来建模时，取其薄板厚度t=1 mm。 2.2划分网格 左侧地板模型的网格划分采用有限元软件HyperWorks中的HyperMesh模块来划分，其中节点个数为7730，四边形单元个数为7306，三角形单元个数为370，三角形单元占整个单元总数的百分比为4.8%。其中为了满足工程的技术要求，需要严格控制其单元尺寸及翘曲度以及四边形和三角形单元的内角的角度范围，图1为左侧地板的网格模型。 ??? ??? 3 计算结果与分析 3.1 模态分析 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。  模态分析在工程中应用甚广，例如：①对航天器进行模态分析，以显示其在发射过程和空中飞行环境中的响应，从而判断它是否会损坏。②对悬索桥进行模态分析，可知它在风激励下是否会发生共振，经计算响应后还可预估寿命。③对发动机外壳进行模态分析，有助于研究振动产生噪声的成分和提供噪声的比重。④对滚珠轴承进行模态分析，有助于识别故障及发生振动和噪声的原因。  一些大阻尼、非比例阻尼的复杂结构物（如高阻尼复合材料结构物），系统的响应不能按主模态分解，系统各点即不同相也不反相，振动无驻定形态，节点位置不固定，模态矢量不是实数而是复数。对具有上述特征的振动系统，不能用实模态理论及其分析方法而须用复模态理论及其分析方法研究系统的响应问题