【技術(shù)篇】汽車懸掛系統(tǒng)的振動模態(tài)分析

2017-03-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一個簡單的汽車系統(tǒng)如圖 7-2 所示,若將其處理成平面系統(tǒng),可以由車身(梁)、承重。前后支撐組成 0 汽車懸架振動系統(tǒng)可以簡化成由以下兩個主要運(yùn)動組成:運(yùn)動體系在垂直方向的線性運(yùn)動以及車身質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,對該系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析。模型中的各項參數(shù)如表7-1 所示,為與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較,這里采用了英制單位。

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解答計算模型如圖 7-2(b)所示。

【技術(shù)篇】汽車懸掛系統(tǒng)的振動模態(tài)分析ansys結(jié)果圖片2

這里將車身簡化為梁,僅起到連接作用,這里設(shè)定不考慮梁的質(zhì)量對振動性能的影響,因此需將密度設(shè)定為零即可,但在建模時需要輸入梁的各種參數(shù)(包括材料以及幾何參數(shù))。

實(shí)際上,可以將車身梁的彈性效果通過質(zhì)量塊的垂直運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來等效,質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動慣性矩為Izz=m?r2,r取為4ft,經(jīng)計算為Izz=16001b?sc2ft。可以看出所采用的平面簡化模型僅有兩個自由度(梁單元由于取密度為零,將僅起連接作用)。

采用 2D 的計算模型,使用梁單元 2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)來等效車身,使用彈簧單元 Spring-Damper Elements (COMBIN14)來等效車體的前后懸架支撐,使用質(zhì)量塊單元 Structural Mass Element (MASS21)來等效車身質(zhì)量。

建模的要點(diǎn):

(1)首先定義分析類型并選取3種單元,輸入實(shí)常數(shù);

(2)建立對應(yīng)幾何模型,并賦予各單元類型對應(yīng)各參數(shù)值;

(3)在后處理中,用命令< *GET >來提取其計算分析結(jié)果(頻率)。

(4)通過命令< *GET >來提取模態(tài)的頻率值。

最后將計算結(jié)果與參考文獻(xiàn)所給出的解析結(jié)果進(jìn)行比較,見表 7-2。

表 7-2 ANSYS 簡化模型與文獻(xiàn)的簡化模型解析結(jié)果的比較

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給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過程如下

進(jìn)入 ANSYS (設(shè)定工作目錄和工作文件)

程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory(設(shè)置工作目錄) → Initial jobname:Vehicle(設(shè)置工作文件名): →Run → OK

設(shè)置計算類型

ANSYS Main Menu:Preferences… → Structural → OK

定義單元類型

ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Element Type→ Add/Edit/Delete...→ Add…

→ Beam: 2delastic 3→ Apply(返回到 Library of Element 窗口→ Combination: Spring-damper 14 → Apply(返回到 Library of Element 窗口)→Structural Mass: 3D mass 21 →OK(返回到 Element Types 窗口)→選擇 Type2 COMBIN14 單擊Options… →K3 設(shè)定為2-D longitudinal →OK(返回到Element Types窗口→選擇Type3 MASS21 單擊 Options…→K3 設(shè)定為 2-D w rot inert→OK→ Close

定義實(shí)常數(shù)

ANSYS Main Menu: Preprocessor→ Real Constants… →Add/Edit/Delete...→Add… → 選擇 Type 2COMBIN14 → OK → Real Constants Set No.: 1(第1號實(shí)常數(shù)), K:2400(前懸架支撐的彈簧系數(shù) k1 =2400)→ Ok(返回 Real constants 窗口)→ Add…→ 選擇 Type 1 BEAM3→ OK → Real Constants SetNo.:2(第 2 號實(shí)常數(shù))AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁單元參數(shù),可以為任意值)→ OK → Add…→ 選擇 Type 3 MASS21 → OK → Real Constants Set No.: 3(第 3 號實(shí)常數(shù)), MASS:100,,IZZ:1600(質(zhì)點(diǎn)的實(shí)常數(shù))→ OK → Add… →選擇 Type 1 BEAM3 → OK → Real Constants Set No.: 4(第 4 號實(shí)常數(shù)) AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁單元參數(shù),可以為任意值) → OK → Add…→ 選擇 Type 2COMBIN14→ OK → Real Constants Set No.: 5(第 5 號實(shí)常數(shù)), K:2600(后懸架支撐的彈簧系數(shù) k2 =2600) → Close (關(guān)閉 Real Constants 窗口)

定義材料參數(shù)

ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models →Structural →Elastic →Linear → Isotropic → input EX: 4E9, PRXY:0.3(定義泊松比及彈性模量) → OK, ,Density (定義材料密度)→ DENS:0,→OK →關(guān)閉材料定義窗口

構(gòu)造車體模型

生成節(jié)點(diǎn)

ANSYS Main Menu:Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Nodenumber :1 ,X ,Y ,Z Location in active CS :0 ,0 ,0 Apply → 同樣輸入其余 4 個節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(最左端為起始點(diǎn),坐標(biāo)分別為 (0 ,1 ,0 )、(4.5 ,1 ,0 )、(10 ,1 ,0 )、(10 ,0 ,0 )→OK

生成元素并分配材料類型、實(shí)常數(shù)

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes → Type2 COMBIN14 → OK

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→ Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點(diǎn)擊 1,2 號節(jié)點(diǎn),生成第1個單元 → OK

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes →MAT,1 , TYPE,1 Beam3 ,REAL,2 → OK

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點(diǎn)擊 2,3 號節(jié)點(diǎn),生成第 2 個單元

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes→ Type3 MASS21 REAL,3→ OK

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點(diǎn)擊3號節(jié)點(diǎn),生成第 3 個單元

ANSYS Main Menu: Preprocessor→Modeling → Create → Elements → Elem Attributes→ Type1 BEAM3 REAL,4→ OK

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點(diǎn)擊 3,4 號節(jié)點(diǎn),生成第 4 個單元

ANSYS Main Menu: Preprocessor→Modeling → Create→ Elements→ Elem Attributes → Type2 COMBIN14 REAL,5 → OK

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes → 點(diǎn)擊 4,5 號節(jié)點(diǎn),生成第 5 個單元

模型加約束

ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply →-Structural → Displacement →On Nodes→選取 1,5 號節(jié)點(diǎn)→ OK → 選擇 Lab2: UX ,UY(施加 X、Y 方向的位移約束) → Apply → 選取 3 號節(jié)點(diǎn)→OK →選擇 Lab2: UX (施加 X 方向的位移約束) → OK

計算分析

ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Modal →OK

ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Options →[MODOPT] Block Lanczos, No. of modes toextract: 5 Expand mode shapes: Yes, Number of modes to expand:0→ OK→ 彈出 Block LanczosMethod 窗口中:Start Freq :0.001 , End Freq :100 → OK

ANSYS Main Menu:Solution → Solve → Current LS → OK

計算結(jié)果

ANSYS Main Menu:General Postproc → List Results → Detailed summary(讀取模態(tài)頻率)

退出系統(tǒng)

ANSYS Utility Menu:File → Exit → Save Everything → OK

解答:完整的命令流如下

/PREP7 !進(jìn)入前處理

ANTYPE,MODAL !設(shè)定為模態(tài)分析

MP,EX,1,4E9 !定義 1 號材料的彈性模量

MP,DENS,1,0 !定義 1 號材料的密度,設(shè)置為零,則材料對振動不起作用

MP,PRXY,1,0.3 !設(shè)定 1 號材料的泊松比

ET,1,BEAM3 ! 選取單元類型 1(梁)

ET,2,COMBIN14,,,2 ! 選取單元類型 2(彈簧)

ET,3,MASS21,,,3 ! 選取單元類型 3(質(zhì)量塊), 設(shè)置 KEYOPT(3)=3

R,1,2400 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.1,前懸架支撐的彈簧系數(shù) k1 = 2400

R,2,10,10,10 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.2,梁單元所需要的參數(shù)(這里可以設(shè)定為一個任意值)

R,3,100,1600 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.3,MASS=100, IZZ=1600,當(dāng) KEYOPT(3)=3 時

R,4,10,10,10 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.4,梁參數(shù)(任意)

R,5,2600 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.5,后懸架支撐的彈簧系數(shù) k2= 2600

N,1 ! 生成節(jié)點(diǎn) 1

N,2,,1 ! 生成節(jié)點(diǎn) 2

N,3,4.5,1 ! 生成節(jié)點(diǎn) 3

N,4,10,1 ! 生成節(jié)點(diǎn) 4

N,5,10 ! 生成節(jié)點(diǎn) 5

TYPE,2 ! 設(shè)定彈簧單元

E,1,2 ! 生成前懸架支撐(彈簧單元)

MAT,1 ! 設(shè)定為材料 No.1

TYPE,1 ! 設(shè)定單元 No.1,即梁單元

REAL,2 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.2

E,2,3 ! 生成前車體(梁單元)

TYPE,3 ! 設(shè)定質(zhì)量塊單元

REAL,3 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.3

E,3 ! 生成質(zhì)量塊單元

TYPE,1 ! 設(shè)定梁單元

REAL,4 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.4

E,3,4 ! 生成后車體(梁單元)

TYPE,2 ! 設(shè)定彈簧單元

REAL,5 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù) No.5

E,4,5 ! 生成后懸架支撐(彈簧單元)

D,1,UX,,,5,4,UY ! 對節(jié)點(diǎn) 1 以及節(jié)點(diǎn) 5 施加 UX 以及 UY 固定的位移約束

D,3,UX ! 對節(jié)點(diǎn) 3 施加 UX 固定的位移約束

FINISH !結(jié)束前處理

/SOLU !進(jìn)入求解模塊

MODOPT,LANB,5,0.001,100 !設(shè)定 LANB 方法求解,可求 5 階,頻率范圍 0.001~100

SOLVE !求解

*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ !提取第 1 階模態(tài)共振頻率,并賦值給參數(shù) FREQ1

*GET,FREQ2,MODE,2,FREQ !提取第 2 階模態(tài)共振頻率,并賦值給參數(shù) FREQ2

*STATUS !列出所有參數(shù)的內(nèi)容

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