汽车车架的动力学分析--模态分析

车身结构动力学分析及优化设计随着汽车工业的发展，轿车的外形设计变得愈加复杂，同时车辆的性能需求也得到了巨大的提升。

车身的结构设计和优化成为了车辆设计中的重要组成部分。

本文将从车身结构动力学分析入手，探讨车身结构的优化设计方法。

一、车身结构动力学分析1. 车身结构的刚度分析车身结构的刚度是指车身在受到外力作用时，不会发生过度变形的能力。

在整车静态状态下，刚度可以通过FEA仿真来精确求解。

2. 车身结构的模态分析车身结构的模态分析能够评估车身在振动状态下的响应特性，它是车身结构动力学分析的基础。

模态分析结果可以为优化设计提供参考。

3. 车身结构的应力分析车身在行驶过程中，存在各种力的作用，如加速度、制动力、悬挂力等。

这些力会在车身结构内部转移，产生内部应力。

应力分析能够预测车身结构在特定工况下的应力状态，为车身结构的优化设计提供基础数据。

二、车身结构的优化设计1. 材料的选择材料的选择对车身的性能和质量起着重要的作用。

用高强度或者轻质材料可以大大减轻车身的重量，提高车辆的加速性能和燃油经济性。

2. 结构的设计优化车身结构的设计优化包括减少空气阻力、重心下降、车身刚度提升等。

较少空气阻力可以在车辆行驶时减少风阻，提高车辆的性能和燃油经济性；重心下降可以提高车辆的稳定性和操控性；车身刚度的提升可以提高车辆的安全性。

3. 结构加固结构加固是车身结构优化设计中的重要部分，可采用刚性补强、寿命加强等方法加固车身，使车身在强度和刚度上都得到了提高，从而能够承受更大的冲击力。

三、结论车身结构动力学分析和优化设计是车辆设计中的重要组成部分，它可以提高车辆的性能、安全性和质量。

在设计和制造车身结构时，需要利用现代的技术手段，如FEA仿真、设计优化软件等进行辅助，精准地分析和预测车身结构的行为，进而优化设计方案，实现优化设计。

汽车车架的动力学分析--模态分析(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--北京科技大学机械工程进展（论文）题目：汽车车架的动力分析计算（模态分析）院别：机械工程学院专业班级：机研106班学生姓名：学号：导师：评分：2010年11月26日轻型载货汽车车架模态分析摘要：车架作为汽车的承载基体，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，承受着传递给它的各种力和力矩。

所以对车架的结构十分重要。

本文主要采用有限元方法对车架的进行模态分析，研究了车架结构与其固有频率及其振型的关系, 给出车架在一定约束下的固有频率及固有振型，为解决车架结构的动力学问题和结构的改进提供了一定的依据。

关键词：有限元方法；车架；固有频率；模态分析1 引言车架是一个弹性系统，在外界的时变激励作用下将产生振动。

当外界激振频率与系统固有频率接近时，将产生共振。

共振不仅使乘员感到很不舒适，还会带来噪声和部件的疲劳损坏，威胁到车架的使用寿命和车辆安全。

车架是一个多自由度的弹性系统。

因此，它也有无限多的固有振型，而作用在车架上的激励来自于悬架系统、路面、发动机、传动系等的振动，这些振动对车架的激励可以认为是全频率的，但是，路面和悬架系统对车架结构激励的特点一样，每种激励在所有频率范围内并不是等能量分布的，所以，试图在所有频率上消除作用在车架上的激励，与车架结构的某些振型的共振是不可能。

因此，只有将注意力集中在各激励的能量集中的频率上，使之与所关心的车架的某阶振型不发生共振。

因而对车架进行模态分析以掌握车架对激振力的响应，从而对车架设计方案的动态特性进行评价，己经成为车架设计过程中必要的工作[1]。

2 模态分析理论基础在有限元分析程序中，振动方程表示为：1-1该方程可作为特征值问题，对无阻尼情况，方程可简化为：1-2其中。

ω2(固有频率的平方)表示特征值;{μ}表示特征向量，在振动的物理过程中表示振型，指示各个位置在不同方向振动幅值之间的比例关系，它不随时间变化。

探讨汽车副车架强度模态分析及结构优化1. 引言1.1 研究背景汽车副车架是汽车重要的结构部件之一，承担着支撑车身、吸收冲击力、传递动力等重要功能。

随着汽车的发展，人们对汽车副车架的要求也越来越高，希望能够在保证结构强度的前提下减轻重量，提高燃油效率和安全性。

现有汽车副车架结构往往存在过多的冗余部分和设计缺陷，导致结构重量过大、强度不足等问题。

对汽车副车架进行强度模态分析和结构优化显得尤为重要。

通过分析副车架在不同工况下的受力特点和振动模态，可以发现潜在的弱点和瓶颈，从而有针对性地进行结构优化，提高其整体性能。

基于以上背景，本文将针对汽车副车架的强度模态分析和结构优化展开研究，旨在为汽车工程领域提供更有效的设计方案和优化策略，促进汽车轻量化、高效化的发展。

1.2 研究意义汽车副车架是汽车重要的结构部件之一，其负责支撑整车重量并承载各种动态载荷。

对汽车副车架进行强度模态分析和结构优化是非常重要的，具有以下几个方面的研究意义：汽车副车架的强度模态分析可以帮助工程师了解其在不同工况下的受力情况，从而预测可能存在的强度问题，为设计提供参考和改进方向。

通过分析副车架的振动模态，可以确定其固有频率和形态，进而评估结构的动力性能和耐久性。

结构优化可以有效地降低副车架的重量，提高结构的刚度和强度，降低振动和噪音，进而改善车辆的行驶性能和安全性。

通过优化设计，可以有效地降低生产成本和能源消耗，提高汽车整体的竞争力。

研究汽车副车架强度模态分析及结构优化还可以推动汽车工程技术的进步和创新，促进汽车制造业的可持续发展。

通过优化设计，可以提高汽车的整体性能和环保性能，满足不断提升的市场需求和法规标准。

对汽车副车架进行强度模态分析和结构优化具有重要的意义和价值。

1.3 研究目的研究目的是为了深入探讨汽车副车架的强度和振动特性，为设计和优化提供理论支持和技术指导。

具体包括以下几个方面的目标：1. 分析副车架的承载能力和抗疲劳性能，找出存在的弱点和瓶颈，为提高车辆整体结构的稳定性和安全性提供依据。

纯电动客车车架结构模态分析与优化设计世界各国对环保的日益重视,电动车成为了汽车工业的一个热门领域。

内燃机客车污染的问题被广泛关注,而纯电动客车迅速发展,具有环保、经济等多方面的优势,受到了越来越多人的青睐。

在纯电动客车设计中,车架结构是至关重要的一个组成部分,它决定了车辆整体的强度、刚度、耐久性等参数,因此对电动客车车架结构进行模态分析和优化设计变得越来越必要。

一、电动客车车架结构模态分析车架结构模态分析是对车辆在振动力作用下的固有振动模态进行分析,从而确定车辆在不同振动模态下的固有频率和振动形式。

通过模态分析可以确定车辆关键零部件的固有频率和振动形式,进而进行结构优化设计,充分利用车辆的材料和积弱优势,提高车辆的强度和耐久性。

纯电动客车车架结构模态分析涉及到不同的振动模态,包括两个关键点的弯曲模态、两个支撑点横向平移模态、前后支撑点扭转模态、车体略微弯曲模态等。

通过使用有限元的方式进行车架结构的有限元分析,可以得出模态分析结果。

基于分析结果绘制模态图谱,可以清晰地看到不同模态下车架结构的弯曲振动形态,包括固有频率和振动阶次等参数,为进一步的优化设计提供了基础数据。

二、纯电动客车车架结构优化设计基于模态分析结果,纯电动客车车架结构的优化方案主要有以下几个方面:1.材料选择和加强。

根据模态分析结果,选择优化材料,并加强车架结构的强度和刚度。

由于纯电动客车的整备质量较重,需要用到高强度和高韧性的材料来增加车架的强度,如采用高硬度的钢-铝-铁复合材料,可以提高车架的强度和刚度。

2.设计结构需考虑动态负载。

纯电动客车运行时会产生一定的动态负载,因此在设计车架结构时需要考虑动态负载和振动的变化,保证车架结构的稳定性。

3.改进连接点和结构。

车架结构各个部件通过连接点组合起来,因此需要设计合理的连接点和正确的方式连接各个部件,确保车架结构与车身的耦合效果达到最优。

4.最优化设计。

模态分析结果可以指导最优化设计,根据车架结构的耐久性和运行效果要求得出最优化方案,提高车架质量和安全性。

图1-2 一阶扭转
图1-3 一阶弯曲
图1-4 二阶弯曲
图1-5 二阶扭转
图1-6 三阶弯曲
图1-7 前端局部模态
图1-8 弯扭组合
4.3汽车模态分析结果的评价指标
工程结构要具有与使用环境相适应的动力学特性。一辆汽车结构优劣的基本着眼点是在弯曲和扭转方面总的动态性能。如果汽车结构动力学特性不能与其使用环境相适应，即结构模态与激励频率藕合，或汽车子结构之间有模态藕合，都会使汽车产生共振，严重时会使整个汽车发生抖振，车内噪声过大，局部产生疲劳破坏等[5]。模态分析是计算结构的固有频率及其相应振型。结构的固有频率是评价结构动态性能的主要参数，当结构固有频率和工作频率一致时，就会发生共振现象，产生较大的振幅，大大降低寿命。固有振型是发生共振现象时结构的振动形式。
[6]黄华，茹丽妙.重型运输车车架的动力学分析[J].车辆与动力技术，2001.6
6参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].北京:清华大学出版社, 1989
[2]丁丽娟.数值计算方法[M].北京:北京理工大学出版社, 1997
[3]王勖成，邵敏．有限元基本原理和数值方法[M]．北京：清华大学出版社．1997
[4]傅志方，华宏星.模态分析理论与应用，上海交通大学出版社，2000
[5]《汽车工程设计》编辑委员会.汽车工程手册.试验篇.北京:人民交通出版社.2001.6
4车架模态计算与结果分析
4.1模态分析步骤
对车架进行模态分析主要有以下步骤:
(l)在Pro/E中建立车架的三维模型。
(2)施加边界条件和载荷(对于自由模态不施加约束条件)，定义分析类型和求解方法并进行网格划分、提交求解器求解。
(3)提取结果，进行可视化处理，对结束进行分析。

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）。

探讨汽车副车架强度模态分析及结构优化摘要：随着社会上经济的发展汽车成为人们出行的必备交通工具，而汽车也在社会上变得越来越普及。

现在就以轿车的副车架为研究的对象，在很多的软件当中建立起来的模型模拟，然后对这些结构进行新型的分析，在进行分析的过程中采取的方法主要就是对强度和自由度进行的分析，在进行分析之后，得出的结果也说明了，汽车的副车架本身的强度是符合要求的，并且汽车的副车架跟发动机之间是有一定的联系，针对这样的问题也有相应的解决方法进行解决。

关键词：汽车的副车架的结构；强度化分析；拓扑结构优化前言：随着人们经济水平的提高，人们对于吃、穿、住、用、行等方面的要求也在不断的提高，随着科技的发展和技术水平的进步，大多数人对汽车的品牌、汽车的舒适度和安全性能还有一系列有关车方面的要求也变得越来越高，而在这其中汽车舒适度和安全性能这两个方面是相互影响、相互制约的，汽车的副车架是现在大部分汽车底盘的最主要的承载件，使用的越来越普及，因为它在使用的过程中比较的频繁，所以应该具有较好的强度和动态特性。

目前，世界上的很多人认为，在使用频率作为优化目标进行优化的过程中进行了很多方面的研究，而且在研究的过程中取得了很多的成果。

在相关的书籍中曾经有过记载，在选择使用轻型车车架的频率来当作拓扑结构优化的主要目标，在这当中进行多部拓扑结构进行优化以此来得到副车架横梁的最佳的拓扑结构。

还有在相关的书籍中记载里，在对汽车的副车架进行频率的拓扑结构的优化时，根据所得到的密度的图纸进行相关数据方面的分析，他的分析出来的计算的结果和实验的数值的数据一致，使得本来应该拥有的频率得到应有的优化，这样也就让更多的人们对汽车的副车架有了更多的了解。

一、汽车的副车架在有限模型方面的建立汽车的副车架在制作的过程中采用的原材料的形成过程是非常复杂的，在汽车的副车架和车架之间，应用四个轴向竖直的橡胶衬套相互连接在一起，纵臂上下摆臂，以及其他的后悬架零部件安装在汽车的副车架上。

车架模态分析思想报告总结车架模态分析是指对汽车车架结构的振动特性进行分析和评估的一种方法。

通过对车架的模态分析，可以了解和预测车架在运行过程中可能发生的振动问题，为车辆设计和优化提供依据。

本报告对车架模态分析思想进行总结，旨在探讨车架模态分析的重要性和应用价值。

首先，车架模态分析是汽车设计中不可或缺的一环。

车辆在运行过程中会受到各种载荷的作用，例如路面不平坦带来的冲击载荷、发动机引起的振动载荷等。

如果车架结构刚度不足或设计不合理，就会导致车架振动问题，严重影响车辆的安全性和乘坐舒适性。

通过模态分析，可以了解车架在不同频率下的振动模态，发现潜在的振动问题，并采取相应的优化措施，保证车架结构的刚度和稳定性。

其次，车架模态分析可以指导设计优化。

在车架结构设计过程中，模态分析可以帮助工程师更好地了解车辆结构的振动特性，找出对振动模态产生明显影响的设计参数，并进行参数优化。

例如，可以通过对车架结构进行加强或抑制某些特定频率振动的措施，提高车架的自然频率，减小振动幅度，从而提升车辆的操控性和稳定性。

此外，模态分析还可以评估各种设计变异对车架振动特性的影响，帮助设计师选择最佳设计方案。

再次，车架模态分析有助于预测振动和噪声问题。

车辆振动不仅影响乘坐的舒适性，还可能引起噪声问题，如噪声传导到车厢或其他部件。

通过模态分析，可以预测车架在不同频率下的振动模态，并根据振动模态的分布情况，合理地设计和布置车辆的各个部件，以减少振动对车辆结构和乘坐环境的影响，从而降低噪声问题。

最后，车架模态分析可以提高车辆开发的效率和准确性。

传统的震动台试验需要耗费大量时间和资源，并不适用于大规模的车辆开发过程。

而通过有限元分析和模态分析技术，可以在计算机上进行虚拟试验，快速准确地评估车架的振动特性。

这不仅节省了试验成本，也提高了开发效率。

而且，模态分析可以同时考虑多种载荷情况下的振动问题，及时发现和解决潜在问题，保证车辆的安全和可靠性。

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车架模态分析报告（二）引言概述：车架模态分析是指对汽车车架进行振动模态的分析和研究，旨在评估车架的结构强度和稳定性。

本报告是车架模态分析的第二部分，将针对车架的振动模态进行详细的解析和探讨。

通过分析车架的振动特性，可以进一步改善汽车的舒适性和操控性，提高车辆的性能和安全性。

正文：1. 振动模态的测量与分析1.1 选择合适的测量设备和传感器进行振动模态的采集1.2 采集车架振动数据并进行预处理1.3 分析车架振动模态的频率和阻尼特性1.4 对车架振动模态的测量结果进行验证和校准1.5 基于振动模态的分析结果提出改进方案和建议2. 车架的固有频率与模态分布2.1 研究车架的固有频率和模态分布对车辆的动力学性能有着重要影响2.2 分析车架在不同频率下的振动响应特点2.3 探讨车架振动特性与车辆驾驶舒适性的关系2.4 分析车架振动模态对车辆操控性能的影响2.5 提出调整车架结构或材料的建议以优化固有频率和模态分布3. 车架的振动模态与结构相互关系3.1 研究车架振动模态与结构的相互关系可以揭示车架的强度和稳定性3.2 分析车架结构参数对振动模态的影响3.3 探讨车架材料的选择对振动模态的影响3.4 分析振动模态与车架结构缺陷的关系3.5 基于振动模态与结构相互关系提出车架优化设计的建议4. 车架振动模态的模拟与仿真4.1 采用有限元分析方法建立车架的振动模型4.2 对车架模型进行应力和振动响应的数值模拟4.3 分析仿真结果与实际测试结果的一致性4.4 基于仿真结果提出车架结构优化的方案和策略4.5 验证优化方案的有效性并进行必要的调整和改进5. 车架模态分析的应用和推广5.1 振动模态分析在车辆工程中的应用前景和意义5.2 探讨车架振动模态分析技术的改进和创新5.3 分析车架模态分析在新能源汽车和智能驾驶领域的应用5.4 推广车架模态分析技术的必要性和难点5.5 提出进一步研究车架模态分析的方向和思路总结：本报告对车架模态分析的各个方面进行了详细的阐述和探讨。

引言：车架模态分析是一种重要的工程分析方法，用于评估汽车车架的振动和模态特性。

在汽车工程设计和制造的过程中，车架的振动特性对汽车性能和舒适性都有重要影响。

本报告旨在通过对车架模态分析的研究，为汽车工程师提供有关车架振动特性的详细信息，以帮助提高汽车的性能和舒适性。

概述：本文将通过对车架模态分析的深入研究，从多个方面详细阐述车架振动和模态特性的影响因素，并提出相应的解决方案。

首先，我们将介绍车架振动分析的背景和意义。

然后，我们将从刚度、材料、结构、载荷和边界条件等方面，分析车架振动的影响因素。

接下来，我们将详细介绍车架模态分析的方法和工具。

最后，我们将总结本文的主要观点，并提出一些建议和展望。

正文内容：1. 车架振动的影响因素1.1 刚度：车架的刚度是影响振动特性的重要因素之一。

在模态分析中，刚度可以通过改变结构形状、材料和壁厚等来调节。

1.2 材料：车架的材料也会对振动特性产生影响。

不同的材料具有不同的弹性模量和阻尼特性，会直接影响车架的振动频率和振幅。

1.3 结构：车架的结构形式和连接方式也会影响振动特性。

结构的设计应考虑到振动特性的优化，如加强部分、裁剪冗余部分等。

1.4 载荷：车架所承受的载荷也是影响振动特性的重要因素。

不同的载荷会导致不同的振动模态，需要合理设计来满足振动要求。

1.5 边界条件：车架与其他部件的连接方式和边界条件也会影响振动特性。

合理的边界条件可以减少振动传递和噪声的产生。

2. 车架模态分析的方法和工具2.1 有限元分析：有限元分析是车架模态分析中最常用的方法之一。

它通过将车架划分为多个小单元，建立数学模型并进行求解，来获得车架的振动特性。

2.2 模态测试：模态测试是直接测量车架振动特性的一种方法。

通过在实际车架上安装加速度计等传感器，可以记录下车架在不同频率下的振动模态。

2.3 优化设计：通过模态分析获得的振动特性信息，可以对车架进行优化设计。

从材料选择、结构调整到边界条件的改变，都可以用于改善车架的振动特性。

车架模态分析报告（一）引言概述：
车架模态分析是车辆工程领域重要的研究方向之一，它通过对车辆的结构进行模态分析，以获取车辆在振动中的模态特性，从而为车辆结构的优化设计提供依据。

本文将对车架模态分析进行深入研究和探讨，以期为车辆工程领域的研究提供参考。

正文：
1. 车架模态分析的意义
- 了解车辆在振动条件下的模态特性
- 提供车辆结构设计的优化方案
- 提高车辆的安全性和稳定性
- 降低车辆噪音和振动的水平
- 为车辆疲劳寿命和可靠性评估提供依据
2. 车架模态分析的方法
- 有限元分析法
- 模态测量法
- 振动试验法
- 数值模拟法
- 动力学响应分析法
3. 车架模态分析的关键技术
- 模态参数的提取和分析
- 模态振型的绘制和对比
- 模态频率的计算和验证
- 模态传递函数的建立和分析
- 模态质量和阻尼的评估
4. 车架模态分析的应用领域
- 汽车工程
- 铁路工程
- 航空航天工程
- 船舶工程
- 工程机械
5. 车架模态分析的挑战和发展趋势
- 多物理场耦合模态分析
- 多尺度模态分析
- 自适应模态分析
- 模态分析与优化设计的一体化
- 车辆动力学与模态分析的融合
总结：
通过对车架模态分析的研究和探讨，可以深入了解车辆在振动条件下的模态特性，为车辆结构的设计提供优化方案，并提高车辆的安全性、稳定性和舒适性。

车架模态分析在汽车工程、铁路工程、航空航天工程、船舶工程和工程机械等领域有着广泛的应用。

未来，
车架模态分析将面临多物理场耦合、自适应性和一体化设计的挑战，在融合车辆动力学分析的基础上不断发展和完善。

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分 析 流 程
分 析 意 义
3.1 几何模型的导入 stp文件，igs文件等标准格式
三 CAE
网 格 划 分
3.2 几何清理 板单元：抽中面
辛
雨
2019年12月
七 CAE
六 CAE
五 CAE
四 CAE
三 CAE
二 CAE
一 CAE
结 果 读 取
模 态 设 置
质 量 检 查
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分 析 流 程
分 析 意 义
1.1 模态分析的定义 模态分析实质上是一种坐标变换，其目的在于把原物理坐标系统中 描述的相应向量，转换到“模态坐标系统”中来描述，模态试验就是 通过对结构或部件的试验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。 1.2模态分析基本原理 模态分析有很多种方法，仅介绍频域法模态拟合的基本原理： 经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述： 经过拉普拉斯变换等处理，可得到频率响应函数矩阵H(ω)，该矩阵 中矩阵中第i行第j列的元素
三 CAE
网 格 划 分
3.2 几何清理 螺栓孔处理：washer
三 CAE
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3.3 网格划分
三 CAE
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3.3 网格划分 细节要求
三 CAE
网 格 划 分
螺栓孔：R6以上的安 装孔以带一层 washer的至少6个节 点模拟，washer宽 度尽量与孔半径相等； R4~6的安装孔以4个 节点模拟；R4以下的 孔删除，只留圆心。

横梁 、２根 前 后 横 梁 、２根 边 梁 及 支 架 等 焊 接 而 成 。根据 其 结 构 特 点 ，选 择 ｂａ ８ ｅｍ１８梁 单 元 并 通
过定义 截面 形 状 和 偏 置 距 离 模 拟 主纵 梁 及 横 梁 和 边 梁 ，选 择 ｃｍｐｎ４单 元 模 拟 板 弹 簧 。车 架 材 料 ｏ ｉｌ
半 挂 汽 车车 架有 限元 模 态 分 析 及 优 化 设 计
蒋红旗 李 顺才 ， １中 国矿 业 大学深部 岩 土 国家重点 实验 室 徐 州 ２ １０ ２０ ８
２徐 州师 范大学机 电工程 学 院
摘
徐州
２ １ １ ２ １６
要 ：车 架 是 半 挂 汽 车 结 构 件 中结 构 和 载 荷 都 很 复 杂 的 关 键 部 件 ，为 提 高 车 架 整 体 性 能 ，对 某 型半 挂 汽
、
ｆａ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ，ｉ ｒ ａ ｅ ｈ ｏ ｏｒ ｒｆｅ ｅ ｃ ｒｍ ｔｕ ｔｒ ｎｃ ｅ ｓ ｓｔ ｅ ｌｗ— ｄｅ ｑｕ ｎ ｙ，ｉ ｒ ｖ ｓｔ ｎ ｍｉ ｅ ｏｍ ａ ｃ ｎｄ ｐ ｏ ｉｅ ｈ ｏ ｅｉ ａ ｓｓｆ ｒｄｅ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｈｅｄｙ ａ ｃ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅａ ｒ ｖｄ ｓｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｂａ ｉ ｏ — ｆ ｓｇ ｎｄ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｔ ｈ ａ ． ｉｎ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｆ ｍｅ ｌ Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ： ｓ ｍｉｔａｌ ｒ ｒ ｍｅ；ｆｎｉ ｌ ｍｅ ｔ ｅ —ｒ ｉｅ ；ｆａ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ；ｍｏ ｌａ ａｙｓｓ；ｏ ｔｍ ｉａ ｉｎ ｄ ｓｇ ｅ ｄａ ｎ ｌ ｉ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｉ ｎ
０ 引言
目前 ，各 种专 用 车 辆 普 遍 存 在 自重 大 、重 心

某牵引车架强度及模态分析张国正杨建永一汽集团青岛汽车厂技术发展部某牵引车架强度及模态分析张国正杨建永(一汽集团青岛汽车厂技术发展部)摘要: 车架是发动机、悬挂系统、车身总成及其他主要总成的安装基体，承受着复杂的力和力矩，车架应具有足够的强度与刚度，以保证车架和车架上的总成能满足设计要求。

为了解新设计的牵引车架的强度及模态特征，采用MSC.Patran、MSC.Nastran软件对车架进行强度及模态分析，为设计提供参考和改进依据。

关键词:牵引车架、强度、模态分析、MSC.Patran、MSC.NastranAbstract: The frame is the mounting base of the engine、suspension sysytem、body and other main assembly。

It endureed complex force and moment.The frame should have enough strength and rigidity in order to prevente frame and assembly which mounted on frame can satisfy the design requirement .In order to know the strength and modal property of the new desighed semin-trailer towing vehicle frame,MSC MSC.Patran and MSC MSC.Nastran was used to analyse，The desigher can benefit from it。

Key words:semi-trailer towing vehicle frame、strength、modal analyse、MSC.Marc.MSC.Patran、MSC.Nastran1 概述牵引车通过车架将发动机、悬挂系统、车身总成、牵引盘及其他主要总成连接成一个整体，车架是这些总成的安装基体。

探讨汽车副车架强度模态分析及结构优化汽车副车架是汽车结构中的重要部分，它不仅承载着车身和发动机的重量，还需要具有足够的强度和刚度以保证车辆的稳定性和安全性。

在汽车设计中，副车架的强度和刚度是至关重要的，因此进行强度模态分析和结构优化是非常必要的。

我们来谈谈汽车副车架的强度模态分析。

强度模态分析是指通过数学模型和有限元分析方法，对副车架进行受力和振动情况的研究。

通过强度模态分析，可以得到副车架在不同受力情况下的应力分布和变形情况，从而找出存在的弱点和问题，为结构优化提供基础数据。

副车架的强度模态分析主要包括静态受力分析和模态振动分析两个方面。

在静态受力分析中，通过施加不同方向和大小的受力，可以得到副车架在负载情况下的应力分布情况。

而在模态振动分析中，可以得到副车架在外界激励下的振动模态和频率响应情况。

通过这两个方面的分析，可以全面了解副车架的受力和振动特性，找出存在的问题和改进的空间。

接下来，我们来谈谈副车架的结构优化。

在进行强度模态分析后，根据得到的数据和分析结果，可以对副车架的结构进行优化设计。

结构优化的目标是在保证强度和刚度的前提下，降低结构的重量和成本，提高车辆的性能和经济性。

副车架的结构优化主要包括材料选择、结构形式、布局设计和连接方式等方面。

首先是材料选择，通过选用高强度且轻量化的材料，可以在保证强度和刚度的前提下减少结构的重量。

其次是结构形式的优化，可以通过优化结构的形式和布局，使得副车架在受力和振动情况下能够更加均匀和合理地分布应力和变形。

最后是连接方式的优化，通过合理的连接方式和接缝设计，可以提高结构的稳定性和可靠性。

在进行结构优化时，还需要考虑到生产工艺、成本和可靠性等方面的因素。

结构的复杂程度和加工难度，对材料的加工性和成本，以及对车辆的使用寿命和安全性等方面都需要进行全面考虑。

汽车CAE作业说明文档二、图1 为某车架结构简图。

车架纵梁为槽钢(开口向内，且左右纵梁形心之间的间距为850mm)，横梁均为工字钢，左右对称，其尺寸见图1。

车架材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7840kg/m3。

1) 求简支边界条件下（以前、后轴线处为支撑位置，如下图所示），该车架左右侧纵梁受垂直均布载荷q＝10kN/m 作用时的挠度；2) 约束车架后轴线上的结点，在车架前轴线处左、右侧结点分别施加垂直向上、向下的载荷F＝0.1kN，如下图所示。

计算前轴线处车架扭转角度；3) 计算前20 阶自由振动模态（计算自由振动模态不需任何约束）。

1 以壳单元进行计算过程如下1.1 简支边界条件下挠度计算过程1)通过车架结构简图建立车架的三维实体，在槽钢和工字钢之间留有微小间隙1mm，然后在hypermesh中选用抽取中面的方法得到车架的壳单元2D模型。

如图1所示。

2)在hypermesh中直接建立车架的Material,Property,输入壳单元的厚度0.0065m 。

并将Property assign 给车架，在2D模块中，选用AUTOMESH,尺寸选择0.05，进行网格划分。

如下图所示。

3)将hypermesh中的结果文件以bdf的格式导出。

然后在Patran中导入，进行约束和力的加载，在MESH中，选择MPC，REB2，完成对车架横梁与纵梁交接处的焊接。

完成后图形显示如下。

4)车架左右侧纵梁受垂直均布载荷q＝10kN/m，选用Distributed Load加载没有成功，后面选用Force进行加载，在Hypermesh中获知纵梁的节点数为136个。

每个节点加载力6.7510000496.3136F ⨯==N 。

分析类型选择线性静力学分析。

变形云图如下，最大扰度 w=3.21mm 。

1.2 车架扭转角度计算过程1) 使用题1.1的壳单元模型，将约束和加载力改变，更改完成后加载结果如图所示。