基于Ansys的工程車輛前橋結構隨機振動分析

王鵬利

（陜西國防工業職業技術學院 710300)

基于Ansys的工程車輛前橋結構隨機振動分析

王鵬利

（陜西國防工業職業技術學院 710300)

以陜汽SX3255DM354型工程車輛前橋為研究對象，基于Ansys的結構隨機振動響應分析模塊，以隨機路面不平度為輸入激勵，研究了車轎結構隨機振動響應特性曲線并分析，對車橋的結構優化、改進和疲勞壽命分析做鋪墊。

隨機振動；車橋；路面不平度；功率譜密度

0 引言

Ansys中的譜分析有為三類：功率譜密度即隨機振動分析、動力設計分析和響應譜分析。

1 基于Ansys的隨機振動響應分析流程

基于Ansys的隨機振動分析步驟包括：建造模型、求模態解、擴展模態、獲得譜解等。基于Ansys的車橋結構隨機振動響應分析流程如圖1所示。

圖1 車橋隨機振動響應分析流程

2 建立車橋結構有限元模型

建立有限元模型是隨機振動響應分析的基礎，SX3255DM354型車輛前橋結構中部下彎，中間斷面為工字梁，兩頭設計成方形，其主要設計參數有主銷中心距，板簧中心距、板簧座截面尺寸和主銷內傾角等。考慮到結構分析的可靠性，建立車橋結構模型時注意：首先主要承載部位保持原有的形狀和位置；其次忽略了對分析結果影響不大的特征，如工藝小孔和某些形狀復雜、不利于建模的特征；最后對車橋某些局部特征做適當的簡化處理，以確保風格劃分的可靠性。

在AnsysWB中采用Solid92單元類型建模，控制單元類型的大小，并對局部進行網格細劃后得到12956個單元。

3 車橋結構模態分析

模態分析是隨機振動分析的基礎。車橋結構具有成千上萬個自由度，但只有低階固有頻率和相應的振型是最有意義的。根據汽車懸架結構的試驗統計參數（表1），該型工程車輛響應的頻率范圍為0.5～20 Hz，計算所得車橋結構第10振型應力云圖如圖2所示。

表1 車橋結構前10模態振型頻率

圖2 車橋結構第10振型云圖

4 前橋結構隨機振動響應分析

以F級路面不平度激勵為輸入[1-2]，在節點上施加功率譜密度激勵。在后處理器（POST26）中計算并顯示車橋結構在節點7239沿Y方向的加速度響應譜曲線（圖3）、速度響應譜曲線（圖4）和位移響應譜曲線（圖5）。

加速度響應的最大峰值在5.2 Hz，速度響應的最大峰值在6.1 Hz，位移響應的最大峰值在7 Hz。

圖3 節點7239沿Y方向的加速度響應譜曲線

圖5 節點7239沿Y方向的位移響應譜曲線

圖4 節點7239沿Y方向的速度響應譜曲線

5 結束語

由節點7239的響應譜圖可以看出在隨機激勵下車橋結構存在一個明顯的共振峰值。對比可得，位移響應頻率與結構第2階固有頻率6.9143 Hz很接近，相差0.0857 Hz，分析得出這個頻率為車橋結構在隨機激勵下的共振頻率。因此在對車橋結構進行設計和改進時，應盡量避免汽車其它部件的振動頻率與這個頻率發生耦合，從而避免懸架系統發生共振，這樣在一定程度上也可以減少共振對車橋造成不利影響。

[1]王鵬利，郭瑞峰.基于數值模擬載荷譜的車輛前橋隨機振動疲勞壽命分析[J].工程機械，2013，10(44)：39-42.

[2]馬瑞雪，王欣，張科峰.客車骨架結構的隨機振動疲勞分析[J]. 機械研究與應用.2011,1：54-57.

U472.4文獻標示碼：A

王鵬利（1987—），男，助教，碩士研究生，研究方向為結構疲勞可靠性分析研究。