純電動(dòng)客車桁架車架模態(tài)分析

張 楓

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

純電動(dòng)客車桁架車架模態(tài)分析

張 楓

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用大型通用有限元分析軟件hyperworks建立車架的有限元模型，并對(duì)該車架進(jìn)行了模態(tài)分析，從而得出車架的固有頻率和振型，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該車架具有合理的陣型和固有頻率，為該車架的設(shè)計(jì)起到了較好的指導(dǎo)作用。

車架；模態(tài)分析；hyperworks

引言

新能源汽車經(jīng)過近 10 年的研究開發(fā)和示范運(yùn)行，初步具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)，電池、電機(jī)、電子控制和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)取得明顯進(jìn)步，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車開始小規(guī)模投放市場(chǎng)。

車架是車輛承載基體，隨著新能源汽車的發(fā)展，結(jié)構(gòu)也進(jìn)行很大的設(shè)計(jì)調(diào)整。而作為重要的受力件，汽車大部分部件，如動(dòng)力總成，車身，車橋等都與車架直接聯(lián)接，在車輛行駛過程中，車架會(huì)承受來自路面的沖擊載荷以及扭轉(zhuǎn)，彎曲等多種載荷產(chǎn)生作用力，車架的性能直接影響汽車的舒適性，行駛平順性及安全性。

本文通過hypermesh軟件對(duì)車架模態(tài)進(jìn)行有限元分析，通過結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論支持，也對(duì)汽車試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。

1 車架有限元模型處理

1.1 有限元模型的簡(jiǎn)化

本文使用Hypermesh軟件建立整車的有限元模型，劃分車架網(wǎng)格時(shí)，考慮其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前處理的工作量較大，有限元網(wǎng)格單元尺寸按10mm劃分，絕大多數(shù)網(wǎng)格使用QUAD4單元，少量用TRIA3板殼單元。

對(duì)整車模型做一些必要的簡(jiǎn)化，提高建模和運(yùn)算效率：

（1）忽略覆蓋件、小裝置、控制部件對(duì)車架分析的影響；

（2）不考慮螺栓和鉚釘?shù)念A(yù)應(yīng)力及焊接應(yīng)力等；

（3）由于孔對(duì)于縱梁強(qiáng)度的影響較大，故縱梁上的孔位及數(shù)量盡可能與實(shí)物保持一致，僅刪除了一些不在集中力作用點(diǎn)附近的小孔。

1.2 車架組件的裝配

車架與其上附件是通過焊接，鉚接及螺栓等方式連接而成，將各組件按照其實(shí)際約束關(guān)系安裝成整體。焊接采用MPC連接（RBE2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接），主要用于各總成件的連接，鉚釘連接采用梁?jiǎn)卧猚beam，rbe2連接孔周圍壓緊面。車架有限元模型如下圖1：

圖1 車架有限元模型

2 車架的自由模態(tài)分析結(jié)果

模態(tài)是車架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有震動(dòng)特性。每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。本文模態(tài)分析的目的是為了解車架的固有頻率是否在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)了解車架的剛度分布是否合理，以便為設(shè)計(jì)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖2

低階陣型反映了結(jié)構(gòu)整體的振動(dòng)形式，較低階的固有陣型對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響要強(qiáng)于高階陣型，因此低階陣型決定了結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，因此本文重點(diǎn)分析了對(duì)車架的振動(dòng)響應(yīng)影響相對(duì)較大的激勵(lì)頻率中的前6階固有頻率與振型。車架模態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖2。

3 結(jié)論

汽車激勵(lì)一般分為路面、車輪不平衡激勵(lì)、傳動(dòng)軸激勵(lì)及發(fā)動(dòng)機(jī)（電機(jī)）怠速激勵(lì)，此客車為純電動(dòng)汽車，不考慮怠速激勵(lì)；道路激勵(lì)頻率一般小于3Hz；車輪不平衡激勵(lì)一般小于5Hz；汽車在城市道路上的車速在40-60km/h時(shí)，傳動(dòng)軸激勵(lì)頻率在30Hz以上。

從模態(tài)的結(jié)果來看，車架的一階模態(tài)特別是一階豎彎模態(tài)均避開了汽車的主要激勵(lì)頻率，符合車架設(shè)計(jì)要求。

[1] 陳家瑞,汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社,2010.

[4] 賀李平.ANSYSY14.5與Hypermesh12.0聯(lián)合仿真有限元分析.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

Analysis of modal analysis of truss frame of pure electric bus

Zhang Feng

( Anhui jianghuai automobile group co. LTD, Anhui Hefei 230601 )

s: Article using the large general finite element analysis software hyperworks frame finite element model is established, and the modal analysis of the frame, calculated the frame of the inherent frequency and vibration model, and evaluate the result of the calculation. The results show that the frame has a reasonable formation and natural frequency, which can guide the design of the frame.

The frame; The modal analysis; hyperworks

U469.72

A

1671-7988 (2017)21-117-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.039

CLC NO.: U469.72

A

1671-7988 (2017)21-117-02

張楓，就職于江淮汽車底盤營(yíng)銷公司研發(fā)部，從事底盤車架系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。