基于ANSYS的汽车转向节模态分析研究

本研究基于ANSYS结构动力学分析模块,对汽车转向节进行了模态分析,通过计算并提取转向节的振动特性,得到了转向节的前十阶固有振型和频率。通过对转向节产生的模态特性进行分析,可以发现转向节存在着多种不同的振动模态,这些振动模态与转向节结构的不同部分以及工作条件密切相关。本研究为汽车转向节的结构设计提供了重要的参考依据。     

某越野车车架固有频率优化及轻量化

以某越野车车架为研究对象,进行初步的刚度和模态分析,验证了该车车架弯曲刚度和扭转刚度符合设计要求,并发现该车架一阶模态频率和发动机怠速运转频率非常接近容易引起共振这一问题.针对这一问题,进行了以车架零部件厚度为设计变量,保证车架弯曲刚度和扭转刚度不降低的前提下,以一阶模态频率大于27 Hz为约束条件,以车架质量最小为目标函数的尺寸优化.优化结果表明:车架的总质量下降2.14％,同时弯曲刚度提高显著,扭转刚度略有提高,一阶模态频率从24.616 Hz提高到26.970 Hz,避开了发动机的怠速运转频率,优化效果较为显著.     

基于比赛工况的巴哈赛车车架设计与优化

基于巴哈比赛规则利用Catia软件设计了用于巴哈大赛的赛车车架,将模型导入ANSYS Workbench进行分析,结合比赛工况进行力学分析发现,在满载弯曲、V字沟、乱石路况及牵引工况下,强度满足设计要求;但刚度分析中发现刚度较低;进行自由模态和约束模态分析发现,自由模态第四阶频率与发动机振动频率接近,容易发生共振。通过增加三角形稳定结构优化后侧向防撞构件和防滚环的方式提高车架扭转刚度和固有频率,再次分析满足设计要求。     

某汽车发动机护板的有限元分析及优化设计

以某型汽车发动机护板为分析对象,采用CATIA软件建立汽车护板模型;以有限元分析软件Hyper Works为平台,对护板进行模态分析,并应用Opti Struct软件对护板进行形貌优化,选择1阶频率最大化作为目标函数,并满足护板刚度和强度的约束条件。根据优化的分析结果,将其与加工工艺结合在一起,布置下护板加强筋,并对优化方案进行模型验证,结果显示发动机护板的1阶频率提高了29.96%,优化效果良好,避开了发动机的激振频率,为发动机护板设计加强筋提供了新的方法。     

基于HyperMesh的重型卡车车门优化

本文以某重型卡车车门为研究对象,在CATIA中建立车门的三维模型,导入HyperMesh中进行模型的简化和网格划分,在自由状态下对车门进行模态分析,对车门进行扭转刚度与下垂刚度等分析。并利用HyperMesh对车门结构进行参数修改和设计,以一阶固有频率为优化目标,以四种工况下的扭转刚度为约束,在车门质量不过度增大的情况下,提高扭转刚度及一阶频率。经过比较分析,得出改进方案,并计算分析了改进后车门的模态特性,为车门的改进设计提供了理论依据。     

某宽体自卸车驾驶室白车身的仿真分析

为了优化某宽体自卸车驾驶室的设计,对不同载荷工况下的白车身强度、刚度及一阶自由 模态进行了计算机辅助工程(CAE)有限元仿真分析,确定了各种工况下的应力分布。着重分析了应 力集中的位置及其最大应力,并与该位置材料的屈服强度进行对比。分析结果表明:该白车身刚度远 超目标值,完全满足设计要求;白车身的一阶自由模态频率偏离发动机怠速频率区间3Hz以上,可有效避免共振发生。分析结果可为宽体自卸车驾驶室白车身的结构设计及改进提供参考。     

汽车后副车架轻量化概念设计方法研究

在汽车结构概念设计阶段,将拓扑优化技术与隐式参数化建模相结合,并引入截面形状控制方法,用以实现产品结构-材料-性能一体化优化设计。第1步,对后副车架进行综合目标拓扑优化。第2步,建立隐式参数化模型,采用截面形状控制方法选择零件形状、位置、厚度和材料等36个参数为设计变量,以质量最小、第1阶模态频率最高为目标,硬点刚度和前3阶模态频率为约束,进行多目标优化。结果表明,在满足后副车架性能目标的条件下,质量减轻2.41 kg,其轻量化率达14.5%。     

中型客车后视镜抖动的分析与改进

针对某中型客车后视镜在怠速工况下抖动大的问题,采用CAE仿真与试验分析相结合的方法。分析表明,后视镜的1阶和2阶模态频率分别与发动机的1阶和2阶激励频率很接近,后视镜的抖动是由发动机的1阶和2阶激励引起共振。最后对后视镜骨架进行优化改进,顺利解决了怠速工况后视镜振动大的问题。     

多目标遗传算法在车身动态性能优化中的应用

建立了某SUV白车身有限元模型,对车身静态刚度和模态分布进行优化,改善了白车身的振动性能。通过灵敏度分析筛选白车身关键部件的厚度并将其作为优化变量,以车身的扭转刚度和质量作为目标,建立其径向基函数模型,将静态刚度、车身1阶扭转和1阶弯曲模态频率作为约束条件,并利用多目标遗传算法对车身性能进行优化。试制了优化后白车身关键部件,并进行模态试验,验证了优化结果的正确性。优化后在总质量增加0.55%的情况下,提升了车身整体刚度,改善了模态频率分布,后排左、右侧座椅安装点的传递函数峰值分别下降了47.50%和49.37%,极大地改善了车身振动性能,为整车NVH性能的提升打下良好基础。     

基于有限元法的某商用车驾驶室力学性能仿真研究

文章基于有限元法,采用Nastran软件,对某商用车驾驶室系统进行了CAE模态,弯曲扭转刚度和强度分析,结果显示,驾驶室前四阶模态有效避开了发动机怠速频率,而弯曲和扭转刚度满足设计目标,同时,驾驶室四工况下最大塑性应变达成设计目标,综合评估该商用车驾驶室力学性能符合设计要求。     

基于HyperStudy的多工况铝合金车门尺寸优化

为了实现铝合金车门的轻量化,对铝合金车门的零件进行了尺寸优化.文章以某车型为研究对象,以铝合金车门质量最小为优化目标,扭转刚度和1阶模态频率为约束条件,车门零件的厚度为设计变量,运用HyperStudy的响应面法对铝合金车门的性能进行最小二乘法拟合,最后对车门的零件厚度进行了尺寸优化.经过迭代计算后,铝合金车门的零件厚度得到了优化.虽然车门的扭转刚度和1阶模态略有下降,但铝合金车门质量减少0.43 kg,轻量化效果明显.     

Formula SAE赛车转向节的拓扑优化

运用OptiStruct求解器对某一Formula SAE赛车的后转向节进行多工况加权拓扑优化,并将结果和以往的设计方案进行对比.结果表明,优化后在强度和刚度满足要求的条件下,后转向节的质量减轻45.1％,说明了该方法的可行性和有效性.     

轻卡货箱静动态性能分析

为了获取某轻卡货箱的静动态性能,采用有限元方法和Hypermesh软件对货箱的四种典型工况进行强度分析,强度性能分析结果表明其最大应力低于其材料许用应力,能够满足强度设计要求。自由模态分析结果表明其一阶扭转频率和一阶弯曲频率分别为8.8Hz和33.6Hz,有效地避开了发动机怠速频率,满足模态设计要求。刚度分析结果表明其扭转刚度值为2.48E+4N*m/rad,大于目标要求值,能够刚度设计要求,因此其静动态性能均满足要求。     

基于有限元分析的汽车前轴结构设计及优化

以一种商用车前轴为研究对象,根据前轴在冲击和制动工况下的静力学分析,找到静刚度薄弱点和应力集中点。通过模态分析找到刚度薄弱点,对研究对象进行了拓扑优化分析,重新构建一种前轴的新型材料分布方案。综合静、动态分析结果确定了前轴的结构危险点,按照拓扑优化结果,进行了结构优化和轻量化设计。对比前轴前8阶固有频率与外界激振频率,结果表明优化后的前轴结构在车辆行驶时不会引起共振,保证了车辆行驶稳定性与安全性。     

微型电动游览车底盘结构的静动态分析

为提高微型电动游览车底盘的刚度、强度并减少整车振动,文章对微型电动游览车底盘结构静态和动态进行了分析,静态分析主要针对微型电动游览车匀速直线行驶和一个车轮瞬时悬空2种工况,分析了底盘变形和应力分布。在动态分析中应用模态分析方法,计算得出了底盘自由状态下的10阶频率和对应的固有频率及振型,模态分析结果表明,底盘4阶的固有频率容易引起共振,应通过调整底盘结构,使各阶模态频率避开路面激励频率,防止车体发生共振。     

刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化

全面地考虑了刚度、强度与频率约束,对某轿车的白车身结构进行轻量化设计。首先根据工艺要求对白车身结构进行了组件化建模,选取了关键的82个组件,每个组件中的板单元的厚度相同。其次在静态弯扭工况与自由模态工况下对车身结构进行了有限元分析。然后以质量最小为目标,以弯扭刚度、应力和前3阶固有频率为约束条件,板厚为设计变量,建立了白车身结构优化模型。最后采用序列线性规划进行非线性优化,取得了良好的轻量化效果:白车身质量减轻34.6kg,减轻率达11.4%。     

CAE在汽车制动器罩壳设计中的应用

汽车制动器罩壳设计状态的模态往往要求第一阶高于60HZ,否则容易与系统及外界激励发生共振现象。现以某车型前制动器罩壳为例进行模态分析及形貌优化[1]-[2],提高罩壳的第一阶频率。     

轿车悬架控制臂参数化建模及轻量化多目标优化设计

提取了汽车在加速、制动、稳态回转和最高车速行驶4种工况下前悬架控制臂的载荷,建立了控制臂的拓扑优化分析模型。以控制臂质量最轻、最大变形最小为目标函数,以控制臂的1阶弹性模态频率不低于轻量化前的频率及控制臂最大米塞斯应力小于材料的许用应力为约束条件,以控制臂参数化模型的11个参数为设计变量,建立了控制臂轻量化多目标优化设计数学模型。用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对控制臂进行轻量化多目标优化设计结果表明,在保持控制臂低阶固有振动特性、强度和刚度基本不变的条件下,轻量化后控制臂质量从2.62kg减少到2.21kg,减重15.6%,轻量化效果明显。     

矿车驾驶室的模态灵敏度分析及其结构优化

利用HyperMesh建立矿用自卸汽车驾驶室结构有限元模型,用NASTRAN作模态分析;而后结合OptiStruct分析有限元模型结构部件的模态灵敏度,寻找模态频率变化敏感区域,以提高一阶模态频率为目标对其进行结构优化,改善振动特性。     

大客车结构有限元分析及轻量化设计

建立了某型大客车结构有限元模型,验证了该模型的正确性。完成了整车振动模态、扭转刚度的分析。在此基础上,以壳单元厚度为设计变量,以1阶扭转频率和扭转刚度为联合约束函数,以整车质量最轻为目标函数进行结构优化设计。通过对整车刚度、模态和强度的分析与校核,表明该大客车轻量化方案满足性能要求,具有可行性。