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汽车悬挂系统的振动模态分析 一、问题描述 一个简单的汽车系统如图1所示，若将其处理成平面系统，可以由车身(梁)、承重、前后支撑组成，汽车悬架振动系统可以简化地看作由以下两个主要运动组成：运动体系在垂直方向的线性运动以及车身质量块的旋转运动，对该系统进行模态分析。模型中的各项参数如表1 所示，为与文献结果进行比较，这里采用英制单位。 表1 汽车悬架振动模型的参数 材料参数 几何参数 弹性模量 加速度 质心的前距离 车身重量 车身质量 质心的后距离 前悬架支撑弹簧系数 后悬架支撑弹簧系数 质量分布的回转半径 （a）问题描述 （b）有限元分析模型 图1 汽车悬架振动系统模型 二、有限元建模 1、模型分析 计算模型如图1(b)所示。 这里将车身简化为梁，仅起到连接作用，这里设定不考虑梁的质量对振动性能的影响，因此需将密度设定为零即可，但在建模时需要输入梁的各种参数(包括材料以及几何参数)，实际上，可以将车身梁的弹性效果通过质量块的垂直运动及旋转运动来等效，质量块的转动惯性矩为，r取为 4，经计算。可以看出所采用的平面简化模型仅有两个自由度(梁单元由于取密度为零，将仅起连接作用)。 采用 2D的计算模型，使用梁单元 2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)来等效车身，使用弹簧单元Spring-Damper Elements (COMBIN14)来等效车体的前后悬架支撑，使用质量块单元Structural Mass Element (MASS21)来等效车身质量。 2、建模的要点 首先定义分析类型并选取三种单元，输入实常数； 建立对应几何模型，并赋予各单元类型对应各参数值 ； 在后处理中，用命令*GET 来提取其计算分析结果(频率)； 通过命令*GET 来提取模态的频率值。 3、建模步骤 进入 ANSYS（设定工作目录和工作文件） 程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory（设置工作目录）→ Initial jobname: Vehicle（设置工作文件名）：→Run → OK 设置计算类型 ANSYS Main Menu：Preferences… → Structural → OK 定义单元类型 ANSYS Main Menu：Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add…→ Beam: 2d elastic 3 → Apply（返回到Library of Element窗口）→ Combination: Spring-damper 14→ Apply（返回到Library of Element窗口）→Structural Mass: 3D mass 21→OK（返回到Element Types窗口）→选择Type 2 COMBIN14 单击Options…→K3 设定为2-D longitudinal→OK （返回到Element Types窗口） →选择Type 3 MASS21 单击Options…→K3 设定为2-D w rot inert → OK → Close 定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants…→Add/Edit/Delete... →Add…→ 选择 Type 2 COMBIN14 → OK → Real Constants Set No. : 1（第1 号实常数）, K:2400(前悬架支撑的弹簧系数k1 = 2400) → Ok(返回Real constants窗口) → Add…→ 选择 Type 1 BEAM3 → OK → Real Constants Set No. : 2（第2 号实常数） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁单元参数，可以为任意值) → Ok → Add…→ 选择 Type 3 MASS21 → OK → Real Constants Set No. : 3 （第 3号实常数） , MASS:100， IZZ:1600(质点的实常数) → Ok → Add…→选择 Type 1 BEAM3 → OK → Real Constants Set No. : 4（第4号实常数） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁单元参数，可以为任意值) → Ok → Add…→ 选择 Type 2 COMBIN14 → OK → Real Constants