车架模态分析报告

110ZH车架模态分析报告编制：审核：批准：2006年3月15日第一章车架模态分析一、模态分析模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了某结构在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。由于车架的结构振动会直接引起驾驶室振动，所以分析三轮摩托车振动时，应对车架进行模态和响应分析，优化车架结构，并从工艺设计上保证乘客的安全、舒适。三轮摩托车车架是一个多自由度弹性振动系统，作用于这个系统的各种激扰力就是使摩托车产生复杂振动的动力源。引起各种激扰力的因素可概括为两类：一是摩托车行驶时路面不平度对车轮作用的随机激振；二是发动机运转时引起的简谐激振。如果这些激励力的激振频率和车架的某一固有频率相吻合时，就会产生共振，并导致在车架上某些部位产生数值很大的共振动载荷，影响乘骑的舒适性，而且往往会造成车架有被破坏的危险。因此，车架的动态设计要求车架具有一定的固有频率和振型，这样才能保证车架具有良好的动态特性。本次分析主要针对车架进行模态分析，以期预计车架主要模态的固有频率和形状，并借以指导车架改进设计，达到优化摩托车动态性能的目的。1、模态分析处理本次分析采用自由边界条件下的模态分析（即不添加任何边界支撑和约束力，计算车架的自由模态。）和添加6个车架的边界条件状态下的模态分析（左右板簧4个，前轮支撑轴承处2个）。1.1、模型材料参数车架材料为：Q235，有限元分析过程中材料参数为：密度7829kg/m^3杨氏模量196000N/mm^2柏松比0.31.2、网格划分由于车架模型较复杂，采用映射网格划分难度较大，所以采用自由网格划分。元素十节点四面体全局单元尺寸30指定材料Q235网格类型3D网格适应性h网格中的单元数43911网格中的节点数86966十节点四面体单元的数量43911层11.3车架的模态附100ZH车型发动机的参数如下:额定功率5.6KW额定转速8000RPM最大功率9.5KW最大转速8500±500RPM最大扭矩10N•M最大扭矩转速7500±500RPM怠速转速1500±100RPM在自由模态中，存在六个刚体模态：三个移动模态，三个转动模态。这六个刚体模态的固有频率都接近0HZ。在确定模态分析频率范围时，频率下限可定位0HZ；在考虑到实际发动机转速对应的频率和路面激励对应的频率，上限可定为200HZ。在本次分析中去这个范围内的前十阶模态作为分析结果。1.4模态分析结果1.4.1自由模态分析结果1.4.1.1一阶模态分析结果下图为车架一阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移43.311.006e+0001.414e-003下图为车架一阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.2二阶模态分析结果下图为车架二阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移48.681.003e+0001.549e-003下图为车架二阶模态应力图。应力图中黄红色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.3三阶模态分析结果下图为车架三阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移52.841.060e+0005.214e-003下图为车架三阶模态应力图。应力图中黄红色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.4四阶模态分析结果下图为车架四阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移76.931.004e+0001.014e-003下图为车架四阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.5五阶模态分析结果下图为车架五阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移85.861.005e+0001.094e-003下图为车架五阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.6六阶模态分析结果下图为车架六阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移96.431.006e+0009.177e-003下图为车架六阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.7七阶模态分析结果下图为车架七阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移109.51.021e+0007.040e-003下图为车架七阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.8八阶模态分析结果下图为车架八阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移136.91.039e+0005.669e-002下图为车架八阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.9九阶模态分析结果下图为车架九阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移158.31.038e+0004.064e-003下图为车架九阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.1.10十阶模态分析结果下图为车架十阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移184.11.039e+0005.669e-002下图为车架十阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2带约束条件的模态分析结果增加车架的边界条件状态下的模型如下图。左右板簧共4个铰链支座，前面马头支撑轴承处1个铰链支座和1个限制垂直方向位移，但不限制旋转的约束条件。参考平面图如下：1.4.2.1一阶模态分析结果下图为车架一阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移7.8911.014e+0004.478e-002下图为车架一阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.2二阶模态分析结果下图为车架二阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移23.231.000e+0002.946e-003下图为车架二阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.3三阶模态分析结果下图为车架三阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移33.791.021e+0007.222e-004下图为车架三阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.4四阶模态分析结果下图为车架四阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移43.321.003e+0003.362e-002下图为车架四阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.5五阶模态分析结果下图为车架五阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移58.121.020e+0009.492e-003下图为车架五阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.6六阶模态分析结果下图为车架六阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移76.771.003e+0001.123e-003下图为车架六阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.7七阶模态分析结果下图为车架七阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移84.401.022e+0002.614e-003下图为车架七阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.8八阶模态分析结果下图为车架八阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移99.361.009e+0002.760e-003下图为车架八阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.9九阶模态分析结果下图为车架九阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移104.11.003e+0006.285e-003下图为车架九阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。1.4.2.10十阶模态分析结果下图为车架十阶模态节点位移放大显示图。模态频率最大位移最小位移119.81.121e+0006.729e-003下图为车架十阶模态应力图。应力图中黄色标记均是应力集中严重的地方，如果该模态的频率在设计中不可避免，应该在焊接工艺和质量检验过程中予以重视。2、模态分析结果的衡量标准根据分析的结果和经验数据，带边界约束的分析结果比较接近于实际情况，所以选取带边界约束的分析结果进行分析。对分析结果的衡量主要有两方面：一是考量车架振动对车架造成的疲劳破坏；二是分析车架的振动对影响乘骑的舒适性造成的影响。十阶模态对应振动频率如下表（单位：HZ）。123456789107.89123.2333.7943.3258.1276.7784.4099.36104.1119.82.1振动分析的衡量标准2.1.1路面激振和发动机运转激励的影响发动机转速额定为每分钟8500转，频率为141.7HZ。三轮摩托车各档位总传动比以及对应的减速后的振动频率如下表。档位123456(倒档)传动比34.08923.16817.23513.91111.81834.089激振频率4.166.118.2310.1811.994.16以上档位的激振频率集中在4～12HZ之间，并且与八阶模态的共振频率重合，所以发动机运转引起的激振对车架振动和驾乘舒适性影响不大。典型路面谱主频带在Φ＝0.1－2次/m（朱才朝.罗家元.黄泽好.谢永春.摩托车车架动态特性分析.重庆大学学报.2003.07（26）：14-17）。假定时速为f＝30KM/H,对应路面激振为Φ×f＝0.8－16HZ；如若在高速下行驶，f＝50KM/H，对应路面激振为Φ×f＝1.38－27.5HZ。发动机的从怠速到额定转速之间产生的激励频率在1.4～28HZ之间。稳定运转的经济速度下的发动机的运转产生的激励频率为113HZ。2.1.2振动分析的衡量标准人体对振动的敏感度有三个高峰频率段，分别是4～8HZ、10～12HZ、20～25HZ。由于路面不平产生的激励效应对车架疲劳强度的影响和人体舒适性的影响所涉及到的振动频率在1～10HZ之间,人体的主要共振频率区域为1～70HZ。按照以上数据，针对车架的模态振动分析所参照的主要