HK6110URD1型公交車車身的模態(tài)分析

摘 要：通過對(duì)HK6110URD1型公交車車身進(jìn)行模型處理、材料定義、網(wǎng)格劃分及載荷及約束處理，對(duì)車身進(jìn)行模態(tài)分析后得到車身前端和后端同時(shí)出現(xiàn)較大變形，但車身中間變形很小，正常行駛工作的過程中不會(huì)發(fā)生共振。

關(guān)鍵詞：車身；模態(tài)分析；變形；共振

引言

隨著CAE技術(shù)在世界范圍內(nèi)的普及，有限元分析法快速成為設(shè)計(jì)汽車結(jié)構(gòu)的有效方法。經(jīng)過仿真環(huán)境，可以得到在各種在復(fù)雜工況下的應(yīng)力與應(yīng)變數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)過程提供論證提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。

1 客車車身建模

1.1 模型處理

建立車身骨架整體分析的有限元模型時(shí)，采取工程上常用的簡(jiǎn)化處理措施：處理完模型如圖1所示。

1.2 材料定義

HK6110URD1型公交車車身骨架的材料特性如表1 所示。

此外，根據(jù)實(shí)際計(jì)算加載的需要，整車使用的玻璃材料規(guī)格和密度如表2所示：

1.3 網(wǎng)格的劃分

選取四面體劃分網(wǎng)格法和掃掠法對(duì)HK6110URD1型公交車進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小為30mm。

2 整車約束處理和載荷處理

2.1 整車約束處理

HK6110URD1 型公交車的車身結(jié)構(gòu)通過六大面骨架焊接在一起，每一面骨架獨(dú)通過矩形管焊接構(gòu)成，而我們?cè)诜治鲇?jì)算時(shí)，將整個(gè)車身當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行計(jì)算，因此整車的的邊界條件為板簧吊耳位置的現(xiàn)對(duì)位移。

2.2 整車載荷處理

整車的主要的加載形式為整車的重力、局部的集中力和地板等部位的面壓力。

當(dāng)車輛處于車靜止的狀態(tài)時(shí)時(shí)，HK6110URD1型公交車的車架只承受其底盤上的鋼板彈簧以上部分的載荷，包含車身自重、車架自重、車身自重、車架上各部件總成的重量、內(nèi)飾件等附屬質(zhì)量、以及乘客和司機(jī)的總重量，都為靜載荷。

載荷的加載處理方式為以下幾種：

（1）整個(gè)的車身骨架的重量，通過增加一個(gè)重力加載在車身骨架上，即在ANSYS軟件中定義材料屬性，各個(gè)骨架的尺寸參數(shù)，AN

SYS便自動(dòng)計(jì)算出骨架的質(zhì)量。

（2）對(duì)于前風(fēng)擋玻璃、后風(fēng)擋玻璃及側(cè)窗玻璃質(zhì)量的處理，是將各個(gè)部位的玻璃質(zhì)量通過均布載荷的形式加載到各個(gè)窗口下部的玻璃止口上。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)等以集中力的形式按安放點(diǎn)的實(shí)際位置施加。HK61

10URD1型公交車的計(jì)算所得玻璃載荷數(shù)值如表3所示及全部載荷的示意圖如圖2所示。

3 車身骨架的模態(tài)分析

計(jì)算HK6110URD1公交車車身的動(dòng)態(tài)特性需要考慮公交車在最大載荷的情況下的總質(zhì)。在彎曲的工況下，主要體現(xiàn)在凹凸不平的路面上，車身主要承受非對(duì)稱直線載荷的作用，因此需要計(jì)算主要關(guān)系垂直方向振動(dòng)模式和考慮附加質(zhì)量時(shí)的彎曲工況下的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。分析計(jì)算結(jié)果如表4所示：

3.1 車身模態(tài)分析的結(jié)果

經(jīng)過ANSYS 的有限元分析計(jì)算得出：當(dāng)整車處于第一階次振型時(shí)，整個(gè)車身表現(xiàn)出橫向擺動(dòng)比較大，以整車車身左右搖擺為主，整個(gè)車身的前端和后端振幅均較大；當(dāng)整車處于第二階次振型時(shí)，

車身前端和后端出現(xiàn)相對(duì)扭動(dòng)，前端和后端振幅均較大；當(dāng)整車處于第三階振型時(shí)，整車在鉛垂方向出現(xiàn)較大抖動(dòng)，車身后端彈跳的比較更高；當(dāng)整車處于第四階振型時(shí)，整車出現(xiàn)左右部位相對(duì)扭動(dòng)；當(dāng)整車處于第五階振型時(shí)，車身的前端和后端出現(xiàn)上翹中間向下彎曲現(xiàn)象，其中前端振幅較大。第六階振型為身車前后顛簸加左右扭動(dòng)，整車的前段和后端出現(xiàn)較大的變形。根據(jù)上述的情況得出，整車前端和后端同時(shí)出現(xiàn)較大變形，但整車的車身中部變形很小。

通過查閱有關(guān)資料，HK6110URD1公交車在不同道路上具有以下特點(diǎn)：

（1）由于道路不平度引起的汽車激勵(lì)多屬于 20Hz 左右，不超過 20Hz 的垂直振動(dòng)。而高速公路一般為3Hz。

（2）一般發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速頻率在10Hz到13.3Hz之間，而常用車速爆發(fā)頻率在33.3 Hz 和50Hz之間。

（3）當(dāng)車速為 50～80km/h 時(shí)，傳動(dòng)軸不平衡的彎曲振動(dòng)頻率在21.26Hz到34.08Hz之間。

通過識(shí)別出的模態(tài)振型、模態(tài)頻率值得出，整車車身前六階彎曲工況下的模態(tài)頻率（0Hz、3.3078Hz、5.6057Hz、6.0773HZ、6.3543HZ、7.1723HZ）均避開了道路不平引起汽車的激振頻率、其他車輛加速前行的頻率范圍以及傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)引起的彎曲振動(dòng)頻率范圍；分析得出的前三階次頻率也避開了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率。故HK6110URD1型公交車在道路上正常行駛的過程中不會(huì)發(fā)生共振，可能會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)，屬于正?，F(xiàn)象。與此同時(shí)，人耳能聽到的聲音頻率在 20 Hz 到20000Hz之間，而我們計(jì)算出的模態(tài)頻率均不在此范圍，所以不會(huì)噪聲、刺耳等現(xiàn)象，更不會(huì)引起噪聲污染。

4 結(jié)束語

通過分析計(jì)算的結(jié)果對(duì)比，得出HK6110URD1公交車的模態(tài)分配合理，不會(huì)產(chǎn)生污染，滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]馮國勝.客車車身結(jié)構(gòu)的有限元分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1999，35（1）：92-95.

[2]于國飛.基于有限元的全承載式客車車身強(qiáng)度剛度分析[J].客車技術(shù)與研究，2010（4）：14-16.

[3]張德平.徐譯古等.客車車身骨架有限元分析[J].客車技術(shù)與研究，2008（3）：25-27.