某特种车辆车架的随机振动分析.pdf

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1、·28·某特种车辆车架的随机振动分析董萍。徐诚，王亚平(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)，蒌方批关法的键位词，建移立车频了粜率车响架模摩有态谱限分曲元析线分析并随模为杌型结麓构，振进的动行后分了咎析模酶态进麓和优髓彳艺机设振计动和分麓新析产获善得的井了j声车毒装毛供的了回理有论频{率蠢据，振口型农其特定工’况T振动最大中图彗鸱l_骶n23、支鸸A釜鲡毒：10。0l=2"-68861i_．2D=【．-二o4一=一。在对此结构进行模态分析中，阻尼对结构的固有频0引言率和振型影响不大，因此进一步忽略阻

2、尼力，又因只有线在对车辆的研究开发中，车架作为车辆各大设备的性行为在谱分析中才是有效的，任何非线性单元均作为线载体，工作时要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和性单元处理，故得到无阻尼线性系统自由振动的运动方剪切力，同时受到来自路面和车桥的激振而产生的振动，程，如下关系式：因此在设计中车架除了要具有足够的强度、足够的抗弯刚(一[M]+[K]){咖}={0}(1)度和合适的扭转刚度，保证车对路面不平度的适应性外，式中：一第1阶模态的自然频率；合理的振动特l生也是十分重要的，以避免车辆在使用过程[]一质量矩阵；中各

3、部件之间产生共振，导致某些部件的早期损坏，从而[K]一结构的刚度矩阵；降低车的使用寿命。因此，对车架结构进行模态分析和随{}一第1阶模态的振动向量自然频率。机振动分析在现代车的结构设计中具有十分重要的意义。在结构自由振动时，结构中各节点的振幅不全为零，本文分析了某特种车辆车架结构的模态，获得了固因此，(1)式括号内矩阵的行列式的值等于零，由此得到有频率及相应的振型，并计算出在路面随机振动激励下的结构的固有频率方程式：位移分布数据和最大位移点处的位移响应谱曲线。根据【[K]一[M]l=0(2)分析计算结果，为各种

4、失效计算提供基础，也为后续车架因为结构的刚度矩阵[K]和质量矩阵[]都是n阶结构优化设计提供参考依据。方阵，其中n是结点自由度的数目，因此，(2)式是关于的n次代数方程，由此可以求出车架结构的n阶固有频率，l模态分析与随机振动分析方法如下式：21．1模态分析方法，f=(3j)J．模态分析用于确定设计结构的固有频率和振型，它厶丌们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也是动式中—I阶固有频率。力学分析问题的起点。而结构的振型和固有频率是进行在振动的每个振型中，正规化结构的每一个振型随机振动分析所必须的数据，因

5、此先要进行模态分析。{}得到正规化振型，如下式：·29-{咖]{}=1(4)图1所示。模型主要采用六面体单元进行离散，节点数为通过上述的分析计算，得到模型的固有频率和振型，119887个，单元总数为56884个。结构的材料为钢，其性为下一步的随机振动分析提供基础。能参数，取弹性模量为2．07e+llPa，密度为7．83e一1．2随机振动分析03g／cm，泊松比为0．3。随机振动是以概率理论为基础，随机振动分析也称2．2边界条件的分析功率谱密度分析(PSD)，它属于一种定性分析，分析的输2．2．1静载分析入输出数

6、据都只代表它们在确定概率下的可能性发生水该车架主要承受各设备自重，压强为960Pa的雪载平，都是具有随机概率特性。功率谱密度是结构对随机动及运输状态的风载。其中风载为：承受纵风(风速36．9力载荷响应的概率统计，是对随机变量均方值的量度。有m／s)作用下各设备受到的压力，压力计算公式如下式：限元随机振动分析就是建立在对结构进行模态分析得到1F=PS=÷s(8)结构的固有频率和各阶振型的基础上，进一步根据所给的二式中：P_一压强；功率谱密度求出结构在这些随机激励下的位移响应。5一作用面积；随机振动分析中获得谱解的

7、方法如下：p一大气密度；在相应节点施加功率谱密度激励后，计算功率谱密度激励缩放系数。激励缩放系数由给出的激励方向确定，一风速。2．2．2动载分析如下式：=动载为车辆试验中所定义的随机路面振动激励，输{咖F}(5)式中：一缩放系数；人为功率谱密度，所施加的功率谱密度值，如图2所示。输入的力矢量。随机振动分析的结果最终要通过响应表现出来，因此在上述分析计算后，应用随机振动理论，利用单自由度O·3系统日(ct，)的传递函数和模态叠加法能够由功率谱得到毛频谱响应。I阶自由度的频谱响应如下式：精0．2．s()=∑∑咖(3

8、,jy()丑(∞)5())一雷J=1=10l一+()(∞)Js(∞)(6)式中：一模态振型。传递函数取决于输入激励的类型，本文研究的是加速度功率谱密度，传递函数如下式：)图2轮式战斗车环境纵向轴式中：_f阶自然圆周频率；功率谱密度的输入：1)定义功率谱密度一频率二维表，实现激励的施加；，一模态阻尼比率。2)在节点上施加功率谱密度激励，当指定值是1．02某车架有限元模型时，该节点就施加功