副車架模態分析

孟愛妮

摘 要：副車架作為汽車上的重要承載部件，應具有足夠的強度和適當的剛度，為了提高整車的輕量化水平，還必須要求副車架質量盡可能的小。在對副車架進行輕量化設計之前，需要對原始副車架結構進行模態分析，結合副車架的結構特點和使用工況，對副車架的輕量化潛能做出評估，然后再進行下一步的輕量化設計。

關鍵詞：副車架；有限元；模態分析

引言：在對副車架進行輕量化設計之前，需要對原始副車架結構進行模態分析，結合副車架的結構特點和使用工況，對副車架的輕量化潛能做出評估，然后再進行下一步的輕量化設計。所以對原始結構副車架的模態分析就尤為重要，其分析的準確性將直接影響到副車架輕量化設計的合理性。

一、有限元模型的建立

副車架結構屬于板材沖壓件，所以采用二維殼單元進行網格劃分。通過對模型的簡化處理，網格劃分后副車架有限元模型如圖1所示。

完成了對副車架各零件網格的劃分和連接工作后，需要對各零件賦予材料特性和單元屬性。原始副車架零件主要采用的是高強度鋼SAPH440，具體材料特性見表1。

為了保證副車架總成與整車其他總成及零部件之間的協調和裝配關系，依據副車架在車上的安裝及載荷傳遞情況，確定副車架三維模型的硬點，作為副車架設計控制點和有限元分析的加載位置，副車架設計硬點如圖2所示。在有限元分析的過程中副車架加載點為1、3、5、7、9點，約束點為2、4、6、8點。

二、副車架模態分析

經計算分析，與前車架結構有關的模態激勵頻率如表2所示：

副車架的模態特性可以通過副車架有限元模型計算獲取，有限元模型基于原車型CAD模型。利用Nastran2005對副車架進行自由模態分析，模態頻率及模態振型如表3所示：

根據HyperView后處理，得到副車架結構的前六階模態振型圖，如圖3—8所示：

根據模態分析結果可以看出，副車架在400Hz以下的自由模態沒有超過十階，并且平滑連續沒有局部斷點，同時各階模態頻率之間間隔都大于20Hz， 滿足設計的基本要求。副車架一階彎曲頻率和發動機扭矩脈動頻率具有相同的自由度，因此其模態頻率需避開激振頻率10%以上，以免引起共振，依據分析結果副車架一階彎曲頻率211Hz，發動機扭矩脈動頻率25～180Hz，達到避開共振頻率10%以上的一般要求。

三、結論

在后期對副車架進行模態靈敏度分析及優化設計時，應該著重考慮調整前車架的一階扭轉和一階縱向彎曲頻率在合適的水平，并進行前后的對比分析，這也是對原設計進行模態計算的一個重要原因。