轿车车门的模态分析% Q, G. W+ }' ^7 t
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1 前言
: Y/ m. `& p8 }9 c4 X8 V! q 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。
( M2 d+ f* m& q& O, c0 S 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。
( Y3 v, |! X6 c- q, c 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。 $ B; Q% [; ~) s! i3 Z: q" ]
2 车门有限元模型 ) H- G% C9 E: {: U I ?8 u+ s
2.1 几何特性 6 }4 \: a" I; c3 l; |" f
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。
# o3 _6 c* K2 b, J! t* X2.2 有限元模型的建立 3 y2 s" z/ S' p
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。 ( [0 }6 U( o! d! C2 O
图1 车门有限元模型 9 S5 m5 r: t) h8 i
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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。
2 N: E) g8 t5 z; _, @0 p" j# f (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。 4 J: p7 z6 S A$ f* ?, n3 M9 [
(3)材料和厚度的定义 d P1 O; `" ?; [. E7 M
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。 + i; E! v: F. f/ c9 a( u! C, ~
(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。 + }, U: w3 O, Z/ A Q R2 x% N
(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。 
- J! [% O; ?0 i! t/ ]6 `图2 车门工作模态约束示意图
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