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新能源汽车悬置支架模态分析的关键技术及全流程讲解

汽车 2024-09-26 07:00 广西

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作者 | 仿真秀才仿真秀专栏作者

首发 | 仿真秀App

导读：在汽车、航空航天等领域，悬置支架模态分析对于提高产品的性能和质量至关重要。工程师通过合理的模态分析和设计优化，可以降低振动和噪声水平，延长设备的使用寿命，提升用户的体验。然而悬置支架模态分析是一项复杂而重要的工作，需要综合运用理论分析和实验测试方法，以确保悬置支架的动态性能满足设计要求。

本文是仿真秀专栏作者——【仿真秀才】的第5次技术投稿，先前发布的多篇文章获得的用户高度关注和好评，欢迎大家点击下方链接查看：

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本文结合自己多年汽车行业仿真应用经验，分享工程师在实际工作中做悬置支架模态分析的关键技术及全流程，希望对学习者有所帮助。欢迎文末点赞收藏，值得反复阅读，如有疑惑，欢迎来在仿真秀官网搜索仿真秀才与我交流。本文内容与仿真秀吕老师汽车悬置系统视频教程相关，欢迎查阅。

一、悬置支架模态分析的目的

在实际应用中，悬置支架会受到来自发动机、路面等各种激励源的作用。如果悬置支架的固有频率与这些激励源的频率接近或重合，就会发生共振现象。共振会导致支架产生过大的振动和噪声，甚至可能引起结构的破坏。通过模态分析，可以确定悬置支架的固有频率和振型，从而避免共振的发生。

模态分析结果可以为悬置支架的设计优化提供重要依据。例如，如果发现某个方向上的固有频率过低，可以通过增加支架的刚度、改变结构形状或材料等方式来提高固有频率。同时，通过分析振型，可以确定支架的薄弱部位，进行针对性的加强，以提高支架的整体性能。

过大的振动会影响设备的可靠性和使用寿命，同时也会给乘客带来不舒适的感受。通过模态分析，可以优化悬置支架的设计，降低振动水平，提高设备的可靠性和舒适性。

在新产品开发过程中，模态分析可以作为一种验证设计的手段。通过将实际测试得到的模态参数与设计目标进行比较，可以评估设计的合理性和有效性，及时发现问题并进行改进。

因此，考察车辆悬置支架模态是否满足目

标要求，即：计算悬置支架的固有频率能否避开发动机怠速频率范围，为使系统振动只发生在工作区，而竭力避免落入隔离区。对于车身侧与发动机侧悬置支架分别考察模态。

二、分析流程图

在悬置支架模态分析中，主要分为前处理、求解计算、后处理以及撰写报告几个分析阶段，在计算结果不满足目标值的情况下，需要对原始结构进行合理的优化，提出改进意见。分析流程基本按照以下的流程图进行：

图1-分析流程图

三、分析软件有哪些

该车辆悬置支架模态分析我运用的软件包括：

Pre processors（前处理）: HyperMesh

Solver（求解器） : MSC Nastran

Post Processors（后处理）: Hyperview

四、建模要求

1、处理侧围模型

悬置支架模态分析中，建模时满足以下要求：

1）建模时，网格一律调整到部件厚度中面上；

2）零件要进行法向检查(Normal)，法向要一致；

3）零件要进行自由边检查(edge)，模型中不能有自由边；

4）左右车身侧悬置支架模态分析模型需从白车身模型上截取以悬置中心为中点的左右各300mm模型；

5）左右发动机侧悬置支架本体模态分析模型为发动机侧悬置支架本体；

6）左右车身侧悬置支架本体模态分析模型为车身侧悬置支架本体；

2、单位系统

根据分析模型以及计算要求，侧围抗凹分析中运用的单位：mm，Ton，Sec，N，HZ。

3、坐标系统

车体全局坐标系。

4、网格单元要求

（1）为了保证计算结果的精度，网格单元需要满足以下要求：

表2-网格单元质量要求

（2）单元类型选取

在悬置支架模态分析过程中，四边形单元采用CQUAD4类型单元，三角形单元采用CTRIA3 类型单元。

五、计算的假设条件

悬置支架的模态分析，有以下基本假设：

1）在不影响计算结果的前提下，对模型中的细节进行适当的几何简化，如半径过小的倒角可以去掉，对于一些半径较小的工艺孔可以填补等；

2）悬置支架模态分析为线性分析；

3）假设在不受重力场条件下；

六、约束及边界条件

左右悬置约束模态需约束左右悬置截断断面处的3个方向的平动自由度，自由模态不需边界条件。

1、左右悬置支架（截取车身部分）边界约束施加：

2、车身侧左右悬置支架（本体）约束模态边界约束施加：约束悬置支架安装孔处XYZ平动和转到自由度。

3、发动机侧左右悬置支架约束模态边界约束施加：

七、定义模态提取、分析步

1、模态提取设置

2、分析步设置

3、输出及控制卡片设置

4、输出bdf文件，提交nastran计算。

八、分析结果的性能目标要求

根据分析要求，悬置支架模态要满足以下要求：

1、截取车身部分左右悬置典型目标值大于480HZ；

2、对于悬置支架本体而言，模态一般较高。

九、分析结果

在计算结束之后，运用HYPERVIEW查看计算结果，确定结果是否合理；若计算结果不满足分析目标，需要对结构进行合理优化改进，并最终完成分析报告。（后续有详细的结果处理步骤）

十、模型算例

现以某车型左悬置支架为例，来计算悬置支架模态；

1、悬置支架约束模态(带车身截取部分)；

（1）模型前处理及模态计算卡片设置部分与上述相同，这里不再详细说明。

（2）结果查看；

运用Hyperview读取提交计算完成后所生成的OP2结果文件；

2、悬置支架约束模态(本体)；

（1）模型前处理及模态计算卡片设置部分与上述相同，这里不再详细说明。

（2）结果查看；

运用Hyperview读取提交计算完成后所生成的OP2结果文件，与上述操作步骤相同。

3、悬置支架自由模态(本体)；

（1）模型前处理及模态计算卡片设置部分与上述相同，这里不再详细说明。

（2）结果查看；运用Hyperview读取提交计算完成后所生成的OP2结果文件，与上述操作步骤相同。

十一、悬置支架预应力模态计算

预应力模态是悬置支架在受外界作用力状态下，来考察悬置支架的固有频率。

1、悬置支架预应力模态提取设置（方法与前述模态提取步相同）；

2、悬置支架预应力加载；

在上图Rbe2中心处，沿车体坐标系-Z方向施加1KN(假设悬置受力1KN)的节点集中力。

3、分析步设置——静力分析

分析步设置——模态分析

4、输出及控制卡片设置，方法与前述相同。

5、结果查看；

输出结果包含两个分析步结果，应力和模态频率。

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（完）

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