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1、淺析某輕卡汽車儀表板模態(tài)淺析某輕卡汽車儀表板模態(tài) 2019/07/16 摘要：采用Hypermesh有限元分析軟件和Nastran求解器對汽車儀表板進(jìn)行模態(tài)分析，得出前6階固有頻率及振型。結(jié)果表明，第1階固有頻率數(shù)值為21.06Hz，在目標(biāo)值1722Hz頻率范圍內(nèi)，不會引起汽車怠速時共振，符合設(shè)計(jì)要求。文章所用方法對對后期儀表板的試驗(yàn)和優(yōu)化提供了一定參考價值。關(guān)鍵詞：有限元分析；固有頻率；振型；共振引言隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，在現(xiàn)代車企中CAE技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。汽車儀表板作為汽車內(nèi)飾件中關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件之一，其舒適性與安全性尤為重要。儀表板作為大型板件結(jié)構(gòu)件，其內(nèi)部構(gòu)造十分復(fù)雜，同時又有很

2、多功能件安裝在儀表板上，因此其振動噪聲很難控制。在整車開發(fā)初期，儀表板的模態(tài)指標(biāo)也成為了整車NVH性能評價的重要組成部分。本文通過Hypermesh軟件對儀表板進(jìn)行建模，并計(jì)算其模態(tài)的低階振型及頻率，判斷其是否符合設(shè)計(jì)要求，為整車試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供理論依據(jù)。1模態(tài)分析理論基礎(chǔ)在汽車行駛過程中，車身結(jié)構(gòu)部件會受到動載荷的影響而引起振動。當(dāng)激勵頻率與結(jié)構(gòu)部件的固有頻率接近時就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，影響整車的NVH性能1。計(jì)算模態(tài)頻率的方法分為仿真模態(tài)和試驗(yàn)?zāi)B(tài)，本文主要利用CAE方法計(jì)算仿真模態(tài)2。當(dāng)系統(tǒng)自由度為N時，運(yùn)動微分方程為：MX咬+CX觶+KX=F（t）（1）式中M表示質(zhì)量矩陣；C表示阻尼矩陣

3、；K表示剛度矩陣；X咬、X觶、X分別表示加速度、速度和位移向量；F（t）表示節(jié)點(diǎn)載荷矩陣。上式求得特征值和特征向量與系統(tǒng)描述固有振動特性的頻率和振型相對應(yīng)，在不考慮阻尼和外部載荷情況下，運(yùn)動微分方程改寫為3：MX咬+KX=0（2）假設(shè)式（2）中解的形式為簡諧振動：X=準(zhǔn)sint（3）式中準(zhǔn)表示特征向量或振型；表示系統(tǒng)圓頻率。當(dāng)=2時，將（3）式帶入（2）式中得到系統(tǒng)的特征值方程：（K-M）準(zhǔn)=0（4）（4）式具有非零解的唯一條件為矩陣行列式為零，即：|K-M|=0（5）將（5）式展開可求出N個根1，2.n，求得的平方根1，2.n為系統(tǒng)中1，2.N的固有頻率，與1，2.n相對應(yīng)的特征向量就是該系

4、統(tǒng)的振動向量。2有限元模型建立將儀表板三維模型導(dǎo)入Hypermesh軟件中，首先對模型進(jìn)行幾何清理，去除多余的圓角、倒角并補(bǔ)齊部分缺失面，并對其進(jìn)行質(zhì)量檢查4。對處理好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，整體結(jié)構(gòu)采用片體單元模擬，網(wǎng)格尺寸為5mm5mm，螺栓連接采用rigid單元模擬，各結(jié)構(gòu)組件之間焊縫用seam單元模擬，由于儀表板上內(nèi)飾件的幾何形狀對其一階整體模態(tài)影響不大5，因此將各內(nèi)飾件都簡化為在其質(zhì)心上的質(zhì)量塊，這種方法在簡化模型的同時也能縮短建模時間，可以保證建立的有限元模型與試驗(yàn)樣車保持一致。儀表板分析模型單元數(shù)82613，節(jié)點(diǎn)數(shù)63981。儀表板Catia數(shù)模如圖1所示，儀表板有限元模型如圖2所示

5、，儀表板中所用材料屬性參數(shù)如表1所示。3儀表板模態(tài)分析儀表板主要激勵源包括路面激勵和發(fā)動機(jī)怠速激勵。路面對車輛的激勵頻率一般在15Hz以下，而發(fā)動機(jī)怠速頻率在接近27Hz。依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，儀表板總成的一階模態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)值應(yīng)處于17Hz22Hz以同時避開發(fā)動機(jī)怠速頻率和路面激勵頻率。將輸出的*.bdf模型文件導(dǎo)入Nastran求解器進(jìn)行求解，輸出*.op2結(jié)果文件，運(yùn)用HyperView后處理軟件查看儀表板模態(tài)振型及頻率，對儀表板的模態(tài)分析一般只需分析前6階，表2為前6階固有頻率及振型，圖3、圖4為儀表板總成前2階模態(tài)分析結(jié)果云圖。由上述計(jì)算結(jié)果可知：儀表板1階固有頻率21.06Hz，在目標(biāo)值172

6、2Hz頻率范圍內(nèi)，不會引起汽車怠速時共振，符合設(shè)計(jì)要求。4結(jié)論在汽車前期開發(fā)過程中，對儀表板進(jìn)行CAE仿真分析計(jì)算出各階模態(tài)，比較第1階模態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求。此方法為汽車后續(xù)試驗(yàn)以及優(yōu)化改進(jìn)提供一定的依據(jù)和參考，節(jié)約了開發(fā)成本，提高了設(shè)計(jì)效率。參考文獻(xiàn)：1張炳力，薛鐵龍，柴夢達(dá).輕卡外流場數(shù)值模擬及附加井字形格柵優(yōu)化設(shè)計(jì)J.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，37（12）：1430-1435.2王巖.某商用車儀表板總成模態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)J.輕型汽車技術(shù)，2011（Z4）：16-19.3李國城，鄧濤，盧任之.汽車儀表板模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化J.汽車實(shí)用技術(shù)，2016（05）：32-34.4龔運(yùn)息，林志立.一款新乘用車儀表板本體的剛度分析與改進(jìn)J.制造業(yè)自動化，2015，37（06）：36-38.5袁余星，鄭松林，李應(yīng)軍，等.某商用車儀表板橫梁模態(tài)和靜剛度分析J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2016（05）：75-78.