轿车车门的模态分析( Q$ f, `) L; [
! _- e2 E c1 V1 前言
, I8 r, a& k7 f7 e9 | K2 V% O0 k 模态是振动系统特性的一种表征,它构成了各种车身结构复杂振动的最基本的振动形态。为了在汽车使用中避免共振、降低噪声,需要知道结构振动的固有频率及其相应的振型。模态分析的最终目标是为了得到模态参数,为结构系统的动力特性分析、故障诊断和预报以及结构的动力特性的优化设计提供依据。
6 F( M( L6 t O5 ^: j 汽车在行驶过程中的激励一般分为路面激励、车轮不平衡激励、发动机激励、传动轴激励。路面激励一般由道路条件决定,目前在高速公路和一般城市较好路面上,此激励频率多出现在1-3Hz,一般对低频振动影响较大;因车轮不平衡引起的激励频率一般低于11Hz,随着现在轮辋制造质量及检测水平的提高,此激励分量较小,易于避免;发动机引起的激励频率一般在23Hz以上,此激励分量较大;城市中一般车速控制在50~80Km/h,高速公路上一般车速控制在80~120 Km/h,传动轴的不平衡引起的振动的频率范围在40Hz以上,此激励分量较小。由这些外界激振源会引起车门产生共振,带来噪音,极大的降低了车辆的乘坐舒适性,造成扳件的抖动开裂,零部件的疲劳损坏,车门表面保护层的破坏,削弱车门的抗腐蚀能力等。
0 p' ?/ t' \1 m } 因此,为提高汽车产品的开发设计水平,达到优化设计的目标,需要对汽车车门进行模态分析,通过有限元计算来得到该结构在不同频率下的振型,避免因共振等原因引起的结构破坏。
. Z/ I% x2 X J5 C+ r- a2 g3 b2 车门有限元模型 & i3 X0 f" K# k/ r
2.1 几何特性 ( F! ~( p! k9 n
轿车车门一般由门外板、门内板、门窗框、门玻璃导槽、门铰链、门锁以及门窗附件等组成。内门板上有玻璃升降器、门锁附件等。内板由薄钢板冲压而成,其上分布有窝穴、空洞、加强筋,内板内侧焊有内板加强板。为了增强安全性,外板内侧一般通过防撞杆支撑架安装了防撞杆,窗框下装有加强板。内板与外板通过翻边、粘合、滚焊等方式结合。 & @) D: ?3 B1 y9 u' D
2.2 有限元模型的建立 ( P3 @6 w% G# x" O2 F6 Y" q
根据车门的几何模型划分网格,建立有限元模型如图1所示。 
: ?, n! I$ s4 ?! p图1 车门有限元模型 " R) T. h0 G3 @- k
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(1)由于车门的主体结构以板材为主,所以在分析中主要采用板壳单元pshell来模拟,为了更真实的模拟车门铰链的连接状态,铰链采用三维单元psolid来模拟。
9 w7 V: u1 ~$ O) l0 X (2)网格的划分按照白车身网格划分标准执行,每个单元的边长、翘曲度和扭曲度都控制在合理范围内,网格大小为10mm,单元数量为28753,节点数量为28022,其中三角形单元数量为780。
1 H% b* D1 J( D$ S# N (3)材料和厚度的定义
+ A. i8 o7 c& V" R( I' |9 E$ {! s4 t 根据车身明细表输入厚度,材料参数,在模态计算中,一般只需要定义材料的杨氏模量,泊松比和密度。 , p6 b6 n8 Y& z; J! w$ x
(4)车门各部件间通过焊接,刚性连接等方式进行连接,按照实际情况布置焊点位置。
- p4 S9 W& Y! c7 f' j0 n' b (5)车门的模态分析包括自由模态和工作模态两种情况。分析自由模态时,不需要对模型进行约束,计算车门在自由状态下的模态。分析工作模态时,根据车门的实际工作状态,分别在铰链和门锁处进行约束,如图2所示。 # G7 v: l: J; b
图2 车门工作模态约束示意图
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