CAE在汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)動力學上的分析與應用

 在汽車行業(yè)，從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元分析技術(shù)幾乎可以涵蓋所有環(huán)節(jié)。而深圳市有限元科技有限公司就是致力于為客戶提供一站式CAE整體解決方案的CAE技術(shù)服務公司。

 有限元科技為多個汽車行業(yè)客戶提供過CAE分析，今天小編就和大家分享一下汽車結(jié)構(gòu)設計中的結(jié)構(gòu)動力學分析。

 汽車是運輸機械，其工作過程總是受到隨時間而變化的載荷作用。當動載荷較小時，可忽略不計，只需進行靜態(tài)分析。若所受動載荷較大，或者雖然不大，但作用力的頻率與結(jié)構(gòu)的某一固有頻率接近時，都可能引起結(jié)構(gòu)共振，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生強烈的振動，從而引起很高的動應力，造成強度破壞或產(chǎn)生不允許的大變形，破壞汽車的性能。因此必須對汽車的結(jié)構(gòu)進行動力學分析。

 當汽車因為共振而引起局部的破壞和大變形時，我們一般采取局部加強的措施加以緩解，但這不能從根本上解決問題，時間一長還會造成疲勞破壞。所以要想徹底解決此類問題就要避開共振。

 避開共振有兩種方法：一是改變車身結(jié)構(gòu)的固有頻率；二是改變激振源的固有頻率。一般來說激振源的固有頻率是固定的，很難改變。所以大都通過改變車身結(jié)構(gòu)來改變車身的固有頻率，從而達到避開共振的目的。

 不同于靜力分析，結(jié)構(gòu)動力學分析用來研究變化載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響，同時考慮阻尼及慣性效應的作用，這樣也更能真實地模擬汽車的使用情況。

 汽車的結(jié)構(gòu)動力學分析主要包括模態(tài)分析、強迫振動、瞬態(tài)響應、隨機振動，具體到分析內(nèi)容則有整車操縱穩(wěn)定性分析、懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學仿真、連桿機構(gòu)多體動力學分析、發(fā)動機模態(tài)分析、剎車過程分析、輪胎滾動分析等。

 以下為汽車研發(fā)仿真應用中的四種動力學分析：

 模態(tài)分析

 用于確定結(jié)構(gòu)的振動特性，即固有頻率和振型。在承受動態(tài)載荷的結(jié)構(gòu)設計中，固有頻率和振型是重要的參數(shù)。模態(tài)分析也是其他動力學分析前期必須完成的環(huán)節(jié)。

 舉例：如何避免汽車尾氣排氣管裝配體的固有頻率與發(fā)動機的固有頻率相同？

 瞬態(tài)分析

 用于確定結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊載荷時的受力特性。

 舉例：怎樣確保汽車在受到撞擊時的安全？

 諧響應分析

 用于確定結(jié)構(gòu)對穩(wěn)態(tài)簡諧載荷的響應。

 舉例：如何確定壓縮機、電動機、泵、渦輪機械等旋轉(zhuǎn)引起的軸承、支座、固定裝置、部件應力？

 譜分析

 用于確定結(jié)構(gòu)在受到動載荷或隨機載荷時的受力特性。

 舉例：如何確定汽車在坑洼路面上行駛時懸架結(jié)構(gòu)的受力？

 在這里以汽車底盤結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性分析為例：

 1、其主要作用

 （1）對車架的動態(tài)特性進行設計，有利于為降低車輛的振動，改善汽車的工作舒適性、乘坐舒適性、行駛安全性都具有重要意義。

 （2）當汽車在不同道路上行駛時，若所受動載荷的頻率與某些結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生強烈的振動，從而引起很大的動應力，造成早期疲勞破壞或產(chǎn)生不允許的變形。

 （3）為了在汽車使用中避免共振、降低噪聲、確保安全可靠，需要知道結(jié)構(gòu)振動的固有頻率及其相應的振型。

 2、仿真分析步驟

 （1）結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)特征、頻響函數(shù)的分析。

 （2）結(jié)構(gòu)的有限元模型建立、參數(shù)確定。

 （3）振動模態(tài)特征、振動響應的有限元仿真計算分析(彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動和彎扭耦合振動)。

 必要時用子結(jié)構(gòu)法和模態(tài)綜合法進行分析。

 （4）結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設計（振動特征、結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化）。

 （5）結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應試驗分析。

 通過有限元分析方法對汽車車身結(jié)構(gòu)進行動力學分析，從而為解決車身結(jié)構(gòu)的動力學問題和改進設計提供可靠的依據(jù)。 

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