全地形四輪車結構振動特性實驗與仿真

趙保龍

摘 要：利用有限元建模方法對全地形四輪車車架掛發動機結構特性進行了分析，對車架與發動機的連接方式進行了模式探討。該建模方法對全地形四輪車的開發與設計具有通用性，節約了開發成本，提高了開發能力。

關鍵詞：全地形車；車架結構；動態振動特性；四輪車

中圖分類號：U467 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.017

1 車架結構振動特性分析

1.1 車架結構振動特性實驗法分析

對車架利用實驗法進行模態實驗，其結果受測點分布的影響較大。測點布置原則為：在車架連接點、懸架支點、剛度變化明顯位置布置測點，節點位置盡量不布置，測點布置盡可能均勻。根據實驗數據可對測點靈活調整，保證實驗數據的準確。在試驗過程中，因為全地形四輪車布點數一般不高于100，為了對自由狀態模擬，用軟橡皮將車架懸掛起來，經過多次實驗，在車架尾部選擇激勵點，對72個響應點進行了實測。受采集器通道的制約，測試要采用分組方法，從而確保實驗的一致性，各組進行5次試驗。為了防止信號受到噪聲干擾，對響應信號與力信號分別加指數窗與力指數窗。

1.2 車架結構振動特性解析法分析

對結構振動特性采用解析法分析時，要借助有限元法。因為全地形四輪車車架由多種截面形態的鋼管焊接而成，為了保證結構特性的準確表示，利用MSC.Nastran中的殼單元劃分有限元網格。為了確保模型的可靠、準確，同時考慮計算效率，采用四邊形4節點，全地形四輪車車架有限元模型，見圖1.利用5 mm殼單元建模，包含57 104個單元和54 636個節點，泊松比為0.3，模型材料密度為7.83×103 kg/m3，彈性模量為2×105 MPa。

1.3 實驗法與解析法對比

通過對以上2種方法的分析，對250和400全地形四輪車分析的結果如表1所示。通過2種方法結果的對比，顯示二者的振型一致、頻率接近，誤差在允許范圍內。同時，也證明了該建模方式的準確性較高，可在車架掛發動機結構動態特性分析中良好應用。

2 車架掛發動機結構振動特性建模分析

2.1 車架掛發動機結構振動特性實驗法

在對測點布置時，需要通過多次預實驗及頻率測定，避免漏掉一些固有頻率。與車架測點布置圖相比，安裝發動機后激勵點增加到3個，發動機上測點增加到5個，總共77個響應點。試驗方法與車架實驗相同，最后都是利用模態置信準則與頻響函數矩陣對模態參數進行檢驗。

2.2 車架掛發動機結構振動特性解析法

對發動機劃分實體網格，構建發動機有限元模型，并與車架有限元模型連接；將發動機看作0維質量單元，與車架利用梁單元連接；將發動機看作0維質量單元，賦予轉動慣量與質量，在懸掛發動機位置創建約束單元，包含多個約束單元，將多點約束單元利用beam單元和集中質量單元連接，實現對發動機與車架連接方式的模式。

在以上幾種方法中，第一種采用對發動機直接建模的方法，但由于發動機結構非常復雜，所以，有限元建模難度也比較大；第二種方法屬于拼湊法，由于發動機質心位置是未知的，只能憑空拼湊添加，所以該方法不具有適用性與統一性，對結構動態特性無法預測；對發動機慣性參數進行考慮，也能準確確定發動機簡化后的位置，對實際情況下發動機與車架的連接能真實模擬。

2.2.1 發動機慣量測量

測量方法比較多，包含落體觀測法、扭擺法、三維實體模型數值計算法等。本文采用模態實驗頻響函數中質量線對全地形四輪車動力總成慣性參數進行識別。

2.2.2 車架掛發動機振動特性模擬分析

對已經驗證的車架有限元模型進行利用，在發動機懸掛位置創建約束單元，將多點約束單元利用beam單元與集中質量單元進行連接，對發動機與車架的連接方式進行模擬。在求解器中導入車架掛發動機有限元模型，即可得到解析結果。

對250和400型全地形四輪車車架掛發動機結構動態特性進行分析，結果如表2所示。由此可知，其振型一致、頻率準確、誤差滿足要求，證明本組研究方法具有通用性。

3 結束語

本文所研究的建模方法對全地形四輪車結構振動特性分析具有準確性與通用性的特點，可提高產品的設計與開發水平。對全地形四輪車車架掛發動機結構在設計階段的動態特性進行了準確預估，提高了產品設計質量。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕