车身模型及分析.docVIP

一. 客车车身骨架结构的动力学分析 车身是客车的三大总成之一，客车车身是客车的关键总成，是其承载主体。随着社会的发展，人们对车身结构的性能要求越来越高。如何判断车身结构的合理性及静、动态特性的优劣，变得十分重要。车身结构必须有足够的强度以保证其疲劳寿命;有足够的静刚度以保证其装配和使用要求;同时应有合理的动态特性以控制振动与噪声。若其刚度不足，会引起车门、车窗等开口处的变形加大，还可能造成车身发生结构共振，使乘员感到不舒适，带来噪声和零部件的疲劳损坏。所有这些问题都会影响客车的强度、耐久性及安全性。车身结构的模态分析可以预测车身与其它部件如悬架系统、发动机、传动系及路而之间发生动态干扰的可能性，通过合理的结构设计可以避开共振频率。因此，刚度和模态是车身结构设计中首先要考虑的指标。 利用有限元法( FEM , Finite Element Method)对客车车身骨架结构进行静态和动态分析，可获得承载特性和振动特性等评价指标，对其强度、刚度和固有振型有充分的认识，了解车身可能会有的应力和变形情况。通过合理选择结构形式及尺寸参数，及时改进，为结构的改进设计提供依据，使其具备良好的静动态特性，满足使用要求，从而缩短开发周期，节省大量的试验与生产费用，提高客车可靠性。 客车车身骨架结构有限元模型的建立 由于客车车身骨架是由矩形或异性钢管组焊而成的空间钢架结构，空间关系复杂、断面形式多样化，从车身实体到有限元模型可以采取一些简化措施： 1）略去某些非承载构件及装饰件，如仪表板、风窗玻璃、前后保险杠等。 2）将车身中的各微曲梁进行直化处理，侧围和顶盖中的一些曲率较小的构件近似地分段组成; 对变截而杆件和曲杆结构，可根据其长度用多段变截而直杆来模拟。 3）由于客车车身上通常纵梁、横梁交叉联接，联接处可按照主承载性能等效原则简化为一个节点;对于两个靠得很近而又不重合的交叉连接构件，也可以简化为一个节点。 4）对于空间叠交的两焊接梁，若其中心线之间的距离较大，平移其中一梁中心线将引起不可忽略的误差，则可于模型中另加一个梁来连接两梁。 5）在建模过程中即考虑载荷与约束的施加问题，某些单元节点位置与实际载荷的作用点相对应，以提高模拟真实载荷、约束的准确度。 6）对客车上某些截面形状不很规范的构件应进行适当的简化，因为它们的设计不仅是考虑简单的受力，而且还要顾及其它部件的安装与使用要求。 7）对车身前后围薄壳部分进行简化，适当增加这些部分的横向与垂直方向梁的横截而积。 根据BY6128型客车车身的结构特点，在建立几何模型时，采取自底而上的建模方法，即先生成关键点线面梁壳结合 图1 车身骨架有限元模型 客车车身骨架有限元模型的模态分析 模态分析用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)。它是承受动态载荷结构设计中的重要参数，同时也可以作为其它更详细的动力学分析的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析等。 模态分析的作用主要有以下三个方面：一是使结构避免共振或按特定频率进行振动；二是了解结构对不同类型的动力荷载的响应；三是有助于在其它动力学分析中估算求解控制参数，例如时间步长等。在很多场合，模态分析都起到举足轻重的作用。 在客车车身结构的设计过程中，首先考虑的是结构的静强度和刚度，这样做的结果难免会使车身局部结构存在不合理之处。骨架作为客车车身结构的基础，其振动特性的优劣对车身结构乃至整车性能都有重要的影响。当客车行驶在颠簸路面上时，由于各个零部件在路面激振力的作用下会产生各种形式的振动。振动不但可能造成客车结构的疲劳破坏，还会产生共振和噪声。当所受激振力的频率与车身结构的某一固有频率接近时，就有可能引起结构共振，从而产生很高的动应力，造成结构的强度破坏或产生不允许的大变形，破坏客车的性能。因此，具有足够的刚度是车身骨架设计的基本要求，必须对客车进行模态分析。 在Nastran中计算客车车身骨架在自由振动状态下固有频率和振型。略去前六阶刚体位移和局部模态，车身骨架固有频率计算结果，前8阶整体模态见表，前8阶振型如图2。表车身架前阶模态 阶数 频率/Hz 7 7.572 8 8.862 9 12.11 10 15.082 11 15.688 12 16.845 13 17.763 15 19.202 a）第7阶振型 b）第8阶振型 c）第9阶振型 d）第10阶振型 e第11阶振型 f第12阶振型 g第13阶振型 h第15阶振型 图2 不同阶模态振型图在汽车行驶过程中，激励源主要来自路面、车轮不平衡、发动机、传动轴不平衡等。其中，路面激励一般由道路条件决定。在路况较好路面上，路面激