公司介绍人才招聘新闻中心团队风采市场活动行业动态第一性原理计算软件:ASAP跨尺度分子动力学模拟软件:J-OCTA复合材料多尺度建模与仿真软件:Digimat复合材料工程软件:Fibersim工业CT数据分析与可视化软件:VG三维可视化及分析软件:AVIZO材料计算与多尺度建模软件复合材料缠绕工艺仿真软件:CADfil金属材料加工工艺仿真软件:Simufact自动化数控编程软件:Edgecam数控加工一体化解决方案:NCSIMUL工艺仿真优化与智能制造软件数字孪生与机器学习大数据优化软件:ODYSSEE通用多学科多目标优化平台:HEEDS多物理场仿真软件:HapMat - Multi传动系统设计仿真工具:Romax Nexus系统、软件、光学、虚拟现实解决方案:Ansys SBU声学与NVH解决方案:Actran多体动力学仿真解决方案:Adams全参数快速优化工具:SFE CONCEPT高级控制与系统仿真:Easy5系统级仿真软件:Simcenter Amesim电池设计软件:Simcenter BDS轮胎仿真软件:Simcenter Tire智慧研发一体化解决方案高级非线性仿真解决方案:Marc多学科 FEA 解决方案:MSC Nastran基于有限元的耐久性解决方案:MSC Fatigue专业的土木工程结构分析软件:CivilFEM完整的FEA建模解决方案:Patran用于虚拟产品开发的统一CAE环境:Apex用于桌面系统的多学科仿真:MSC Nastran Desktop结构有限元与疲劳耐久软件流体与传热分析软件:Cradle电子散热仿真分析软件:Simcenter Flotherm通用流体传热分析软件:Simcenter FLOEFD高级热仿真解决方案:Sinda流体传热分析软件材料全生命周期管理:MaterialCenter仿真过程与数据管理:SimManager可持续化的流程与产品合规性平台:iPoint系统级管理平台T3Ster热阻测试仪Power Tester功率循环及热测试平台振动噪声实验解决方案:LMSDIC全场应变测量系统传感器系列T3STER SIMicRed航空航天汽车行业电子电器兵器行业船舶行业核电工业土木建筑石油化工材料行业半导体封装案例中心资料下载培训中心教程视频

硬杆换挡机构模态分析及结构改进

0 引言

    随着社会的进步人们生活水平的提高,人们对汽车乘坐舒适性的要求日益提高,汽车的NVH性能是顾客选购汽车时普遍关心的问题之一。换挡机构是否存在振动情况是汽车NVH性能的重要影响因素之一。

    目前,CAE技术日益成熟,已广泛应用在NVH性能开发中,大大地降低了开发成本,缩短开发周期。对于低频NVH问题(0-150HZ),主要采用模态法。汽车设计中各个部件的模态需要满足一定的设计要求,以避免各个零部件之间的共振。在设计人员在进行产品开发时,会导致零件的局部设计不够合理,从而导致模型不能满足模态要求。为了避免硬杆换挡机构与发动机怠速工况频率产生共振,必须对设计进行模态分析。

    1 模态分析的含义

    模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法,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。

    模态分析的经典定义:将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标,使方程组解耦,成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程,以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵,其每列为模态振型。

    模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断以及结构动力特性的优化设计提供依据。

    2 模态分析的有限元仿真

    模态分析属于线性分析,也就是说,在模态分析中只有线性行为是有效的,如果在分析中指定了非线性单元,在计算中将被忽略并被作为线性单元处理。

    2.1 硬杆换挡机构有限元模型的建立

    本文采用ansa软件进行有限元建模。换档机构各零件都是采用实体单元进行网格划分,截面为圆的细长杆件用等直径的CBAR单元模拟,通过处理可得到图1所示的硬杆换档机构有限元模型。

    ‍

    图1 硬杆换挡机构有限元模

    2.2 边界条件的施加

    在模态分析的过程中,约束方式和模型的重量对分析结果影响较大,所以,要对模型施加准确的边界条件,本文在模型的边缘处进行全约束,如图2所示。

    ‍

    图2 边界条件的施加

    3 理论依据

    硬杆换挡机构的模态要求:结构的固有频率不在发动机怠速频率[27Hz,33Hz]范围内,即可以满足使用要求。

    发动机怠速频率计算方法见公式1。

    ‍

    式中:Fd—发动机怠速频率;n—发动机怠速转速;z—发动机汽缸数;m—发动机冲程数。

4 模态分析结果

    通过分析,得到硬杆换挡机构的约束模态分析情况,见表1及图3、图4、图5所示。可以看出,硬杆换挡结构1阶和2阶模态均在发动机怠速频率范围内,发生共振,因此需对硬杆换挡机构结构进行改进。

    表1 硬杆换挡机构约束模态频率与振型表

   

    ‍

    5 结构改进

    通过对硬杆换挡机构结构进行改进,使其频率避开发动机怠速频率,改进后的硬杆换挡机构约束模态见表2及图6所示。

    设计变量优化结果如图5所示材料密度分布图。

    ‍

    图6 转向杠杆设计区域材料最优化布局等值面图

    除材料密度0.3以下的材料,可得到如图6所示的转向杠杆设计区域材料最优化布局等值面图。

    6 结果对比

    转向杠杆轻量化分析结果对比见表2。原模型质量为10.1kg,经过拓扑优化分析,质量降为6.5kg,降重35%,强度、模态均满足要求。

    表2 转向杠杆模态频率表

    ‍

    7 结论

    (1)转向杠杆性能要求,应力小于材料屈服强度,固有模态频率既不在发动机怠速频率的范围之内,也不与车轮在常用车速时的激振频率耦合。

    (2)通过对转向杠杆原模型性能分析,其强度与模态均满足要求,有较大的优化空间,进行拓扑优化分析。

    (3)目标函数为质量最小化,设计变量为单元密度,以转向杠杆性能要求与拔模制造工艺为约束,进行拓扑优化分析。质量降为6.5kg,降重35%,强度、模态均满足要求。



(文章来源:网络转载)

服务热线:400 633 6258    
官方邮箱:info@anscos.com
总部地址:上海市徐汇区钦州路100号2号楼1203室
设为首页 | 收藏本站
©2021 上海庭田信息科技有限公司 版权所有
关注庭田科技微信公众号
获取更多资讯!
产品与服务
技术与学习
关于我们