复合材料汽车制动缸的模态的分析.pdfVIP

2007年中国工程甥料复合材料技术研讨会论文集 复合材料汽车制动缸的模态分析 孟春玲张力 田正兵叶都长 (北京工商大学机械自动化学院，北京100037) 摘要蛄合现代濞J试手轻和模态分析技术，以EXl015型汽车制动缸为例．对自行研制的三种复合材料汽车制 动缸和空属制动缸进行了模态实验和有限元模态分析．得到了模态参敷，研究结果为振动、疲劳和噪声等问题的进 一步斫完奠定基础，为蔓合材井汽车制动缸的工业化生产提供理论和实验基础。 美键词汽车刺动缸复合材料模态分析 为了适应汽车零部件向着轻量化、低成本、长寿 态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些 命方向发展的需要，复合材料在汽车上的应用越来 模态参数可以通过实验或计算取得。如果通过实验 越广泛。各种轻、微型客货车均采用油压制动。制动 将采集的系统输人与输出信号经过参数识别获得模 缸是汽车液压制动系统采用的活塞式制动蹄的张开 态参数，称为实验模态分析；如果模态参数是由有限 机构。随着我国汽车工业的不断迅猛发展，对制动 元计算的方法取得的，称为计算模态分析。 缸的需求非常可观。目前国内生产的制动缸是用金 模态分析实质是一种坐标变换的过程。它建立 属铸造成型，用复合材料代替金属制造制动缸，具有 了从物理模型到模态模型之间的桥梁，建立了频率 减重、减振降噪、节约能源、保护环境等一系列的优 响应函数与系统的动态特性之间的关系。模态分析 点…。复合材料汽车制动缸已经在国外得到了广 必须遵循以下几个基本假设：①线性假设；②时不 泛的应用“·，而国内复合材料汽车制动缸的研究还 变假设；③可观测性假设；④互易性假设。 处于起步阶段，迄今为止尚未见到有关复合材料汽 在上述假设条件下，弹性体结构动力学的振动 车制动缸生产工艺和工业化应用方面的相关报道。 方程为： 汽车制动缸的结构较为简单，其缸筒为通孔，需 埘+J略+68=rO)(1) 搪磨。多数制动缸有两个等直径活塞，少数有4个 式中朋、K、C分别为质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩 等直径活塞。EXl015型汽车制动缸见图1，有一个 阵； 进油孔和一个出油孔，进油}L和出油孔相对制动缸 ，(‘)是随时间变化的载荷向量； 轴线对称分布，两个安装的螺栓孔，也呈对称分布。 8,8、6分别是节点各自由度方向上的加速度、 笔者根据汽车制动缸的使用性能要求．进行了复合 速度和位移向量”j。 材料汽车制动缸的材料设计和成型工艺研究，经过 当不受外载荷且忽略阻尼时，结构的无阻尼自 反复试验，成功研制出了玻纤／镁酚醛树脂复合材料 由振动方程为：胁+渤=0，其解是一组简谐振动的 制动缸、玻纤／环氧树脂复合材料制动缸、玻纤／不饱 叠加。设方程的解为：6=Xcos∞t。则可得齐次方程 和聚酯树脂复合材料制动缸。在此基础上，笔者通 组：(置一0)2M)X=0。困自由振动时，各自由度的振 过实验模态分析和计算模态分析，对三种新型复合 幅工不可能全部为0，因此要有非零解，系数矩阵行 材料制动缸和传统金属制动缸进行了振动性能的对 比研究。 在n自由度系统中，矩阵足和矩阵肘均为n阶方 阵，lK一^肘l=O则为的^n阶高次方程，求A值的 问题也就是求广义特征值问题。在求得方程特征值 和特征向量后，就可以求得结构的各阶固有频率和 翻1 F2(1015制动缸 振型。 1