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空气悬架试验台固有频率有限元分析

作者:Simwe    来源:Altair    发布时间:2013-02-22    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

空气悬架试验台固有频率有限元分析

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摘要:为了准确获得空气悬架试验台的固有频率,尝试使用有限元方法对试验台进行模态分析。首先在HyperWorks中对空气悬架试验台三维模型进行网格划分,然后根据试验台实际工况以及相关参数建立其有限元分析模型,最后调用RADIOSS求解器得到试验台固有频率。为了验证仿真分析结果的正确性,利用空气悬架试验台的偏心轮激励装置进行简易的阶跃试验,测得试验台垂直方向上的固有频率。对比仿真结果和实验结果表明,有限元分析结果准确可靠,利用有限元方法分析试验台固有频率是切实可行的,从而为空气悬架试验台固有频率的计算与设计提供参考和依据。
关键词:空气悬架, 有限元, 固有频率, HyperWorks


1概述

悬架系统的固有频率是评价车辆系统平顺性的重要指标,在通过悬架试验台对悬架系统进行分析研究前,首先要保证试验台的固有频率满足实际车辆悬架系统的要求。对于实验台的固有频率设计,一般都是通过简单的理论估算,计算结果往往与试验台实际情况有一定的差距。
为了准确获得某实验台的固有频率,尝试使用有限元方法对试验台进行模态分析。首先对空气悬架试验台三维模型进行网格划分,然后根据试验台的设计方案以及所处的实际工况建立试验台有限元分析模型,最后调用RADIOSS求解器得到试验台固有频率。对于仿真所得的结果,进一步通过试验台的阶跃实验进行验证。分析表明,所提出的方法是切实可行的。

2试验台三维建模


 图1 试验台                         图2 试验台三维模型

试验台的结构如图1所示。试验台主体由上下两个横梁组成,上、下梁之间通过空气弹簧连接。主体安装于两侧的支架之间,两侧支架带有纵向滑轨,用以保证试验台主体的垂直运动。试验台下梁底部有橡胶块,用以模拟汽车轮胎。试验台主体底部由一个偏心轮支撑,当偏心轮转动时,带动试验台主体上下振动。通过Pro/E建立实验台的三维模型,如图2所示。

3有限元分析

将试验台三维模型导入HyperMesh,进行有限元建模。为减少网格数量,降低计算难度,可对试验台模型进行适当简化:由于本次计算目的是分析试验台主体部分在垂直方向的固有频率,故去除两侧支架及底部偏心轮系统;模态分析不需要了解试验台局部特性和应力,而试验台上的螺纹孔、凸台、圆角等小结构对模态分析的结果几乎没有影响,但这些小结构在有限元建模时要划分很小的单元,增加数据处理量。因此对螺纹孔及其他小结构予以忽略或简化;省去空气弹簧模型,用spring单元进行替代,以简化模型。

使用六面体单元对简化后的试验台模型进行网格划分。对于相互连接的部件,使接触面的网格节点重合,以减少接触对的设置,降低模型的复杂度。

根据试验台实际情况,模型中试验台的上梁和下梁只有外层实体网格单元,内部无网格,为空心结构。

对于试验台上方的配重钢板,在模型中用mass单元代替。簧载质量处共配有4块钢板,每块钢板质量为20kg。

材料设置:试验台下梁底部与偏心轮的接触部位为橡胶材料,其余部分为钢材。使用的材料参数如表1所示:

表1 材料参数

接触设置:在上梁支柱与下梁孔壁的接触部位设置接触对。

弹簧设置:将空气弹簧等效为4个spring单元,连接上下托盘。空气弹簧基本刚度为130N/mm,等效成四个spring单元后的刚度为32.5N/mm。

约束设置:在试验台主体的橡胶块底部添加约束,限制其所有自由度。由于试验台主体有两侧支架主要起导向作用,为了较少模型的网格数量,去掉试验台两端的支架,在上、下梁与支架的接触部分添加约束,限制除垂直方向平动外的其余自由度。

求解设置:将频率计算范围设置在1Hz~10Hz。

建立完的有限元模型如图3所示。


图3 试验台主体有限元模型

使用RADIOSS求解,结果如图4所示。得到一阶固有频率为3.81Hz,一阶振型为垂直方向的振动。


图4 试验台模态


4试验

4.1试验设备


图5  空气悬架试验台物理模型

空气悬架试验台的物理模型如图5所示。测试系统主要由1个加速度传感器、1个气压传感器、PCB力捶、Dell计算机以及m+p数据采集系统组成。加速度传感器安装在簧载质量5上方。

   
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