CAE在汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)上的分析與應(yīng)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(wèn)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(wù)公司。

 有限元科技為多個(gè)汽車行業(yè)客戶提供過(guò)CAE分析，今天小編就和大家分享一下汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析。

 汽車是運(yùn)輸機(jī)械，其工作過(guò)程總是受到隨時(shí)間而變化的載荷作用。當(dāng)動(dòng)載荷較小時(shí)，可忽略不計(jì)，只需進(jìn)行靜態(tài)分析。若所受動(dòng)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(shí)，都可能引起結(jié)構(gòu)共振，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，從而引起很高的動(dòng)應(yīng)力，造成強(qiáng)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(duì)汽車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

 當(dāng)汽車因?yàn)楣舱穸鹁植康钠茐暮痛笞冃螘r(shí)，我們一般采取局部加強(qiáng)的措施加以緩解，但這不能從根本上解決問(wèn)題，時(shí)間一長(zhǎng)還會(huì)造成疲勞破壞。所以要想徹底解決此類問(wèn)題就要避開(kāi)共振。

 避開(kāi)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(lái)說(shuō)激振源的固有頻率是固定的，很難改變。所以大都通過(guò)改變車身結(jié)構(gòu)來(lái)改變車身的固有頻率，從而達(dá)到避開(kāi)共振的目的。

 不同于靜力分析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來(lái)研究變化載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響，同時(shí)考慮阻尼及慣性效應(yīng)的作用，這樣也更能真實(shí)地模擬汽車的使用情況。

 汽車的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析主要包括模態(tài)分析、強(qiáng)迫振動(dòng)、瞬態(tài)響應(yīng)、隨機(jī)振動(dòng)，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(dòng)力學(xué)仿真、連桿機(jī)構(gòu)多體動(dòng)力學(xué)分析、發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)分析、剎車過(guò)程分析、輪胎滾動(dòng)分析等。

 以下為汽車研發(fā)仿真應(yīng)用中的四種動(dòng)力學(xué)分析：

 模態(tài)分析

 用于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，即固有頻率和振型。在承受動(dòng)態(tài)載荷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)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(dòng)機(jī)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(shí)的受力特性。

 舉例：怎樣確保汽車在受到撞擊時(shí)的安全？

 諧響應(yīng)分析

 用于確定結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)態(tài)簡(jiǎn)諧載荷的響應(yīng)。

 舉例：如何確定壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、泵、渦輪機(jī)械等旋轉(zhuǎn)引起的軸承、支座、固定裝置、部件應(yīng)力？

 譜分析

 用于確定結(jié)構(gòu)在受到動(dòng)載荷或隨機(jī)載荷時(shí)的受力特性。

 舉例：如何確定汽車在坑洼路面上行駛時(shí)懸架結(jié)構(gòu)的受力？

 在這里以汽車底盤結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性分析為例：

 1、其主要作用

 （1）對(duì)車架的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，有利于為降低車輛的振動(dòng)，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(dāng)汽車在不同道路上行駛時(shí)，若所受動(dòng)載荷的頻率與某些結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，從而引起很大的動(dòng)應(yīng)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(dòng)的固有頻率及其相應(yīng)的振型。

 2、仿真分析步驟

 （1）結(jié)構(gòu)的振動(dòng)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(dòng)模態(tài)特征、振動(dòng)響應(yīng)的有限元仿真計(jì)算分析(彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎扭耦合振動(dòng))。

 必要時(shí)用子結(jié)構(gòu)法和模態(tài)綜合法進(jìn)行分析。

 （4）結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)（振動(dòng)特征、結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化）。

 （5）結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)分析。

 通過(guò)有限元分析方法對(duì)汽車車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，從而為解決車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和改進(jìn)設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。 

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