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模態(tài)分析的作用---底盤專業(yè)問題

2019-08-16 19:55:27·  來源：IND4汽車人  
　
模態(tài)分析這個詞本身是我們?nèi)×x翻譯過來的一個概念，用它來表達所分析的內(nèi)容，其實并不準確，所有的CAE 軟件中都沒有 我們所說的模態(tài)分析這一項，而只有Frequency
‘模態(tài)分析’這個詞本身是我們?nèi)×x翻譯過來的一個概念，用它來表達所分析的內(nèi)容，其實并不準確，所有的CAE 軟件中都沒有 我們所說的‘模態(tài)分析’這一項，而只有‘Frequency Analysis’。其實這就是我們的‘模態(tài)分析’，為了迎合習慣叫法，我們還是將‘頻率分析’叫做‘模態(tài)分析’吧。
一模態(tài)分析的概念
模態(tài)也就是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動時的振動形態(tài)，也稱為振形。每一個自由振動的固有頻率都對應(yīng)一個振形，因為結(jié)構(gòu)件都是連續(xù)體，具有無限多的自由度（如果深究下去可以到分子、原子層級的數(shù)量），所以其模態(tài)具有無窮階。模態(tài)分析就是將結(jié)構(gòu)件的各階固有頻率找到，并找出結(jié)構(gòu)件在該固有頻率下震動時的形態(tài)。
二 模態(tài)分析的作用
我們做‘模態(tài)分析’的目的是什么？可能多數(shù)人都會回答‘找到固有頻率，檢查頻率耦合’.這個答案針對某些時候是正確的，比如如果研究純粹噪聲問題，所測的噪音頻率和發(fā)出噪音部件的固有頻率確實有直接關(guān)系。這時候我們可能更多的是關(guān)注部件特征頻率的具體數(shù)值，而不關(guān)心它在這個頻率下的振動形式。
但還有一種情況，我們關(guān)心的反而是它的振形。比如下面一個結(jié)構(gòu)，部件A 坐落在懸臂梁B 的端部，而部件A 對于Z方向的振動非常的敏感，而對其他兩個方向卻不敏感。
現(xiàn)在的問題是，基座有約2000 Hz的隨即振動。分析在這種狀態(tài)下，部件A 的工作是否受到影響？
對于這個問題，很顯然，第一步肯定需要對懸臂梁B進行模態(tài)，過程略過。結(jié)果如下
當我們看到第三階固有頻率2236Hz時，是不是一陣緊張。頻率耦合,要共振? 沒錯，頻率耦合確實會發(fā)生共振，但我們還要關(guān)注一點，這個懸臂梁的這種振動形式對部件的工作狀態(tài)是否有影響。所以，我們需要進一步看其振形。
查看振形，我們發(fā)現(xiàn)，第三階共振只是在X-Y平面內(nèi)的振動。Z 方向并沒有明顯的位移。
 
Z方向并沒有明顯的位移，那么其二階微分得出的Z向加速度也當然不會太大
 
部件A 恰好只對Z方向的加速度敏感。通過這一通的分析，我們可以下這樣一個結(jié)論，在2000Hz隨即振動作用下，懸臂梁會發(fā)生共振，但共振形對部件A 的工作并未造成影響，所以結(jié)構(gòu)上不存在問題。
 
可能有人會有疑惑？只要共振了不都要解決嗎？其實這個問題，需要延伸到振動的能量的傳遞維度去討論了。由于篇幅關(guān)系，我們就不展開討論了，但這里我們舉個簡單例子來解釋一下。
士兵步調(diào)一致通過大橋而造成大橋坍塌的故事相信大家都聽說過，具體的解釋就是共振造成的。
 
但我們?nèi)绻麑⑦@一隊士兵換成一隊螞蟻，以同樣的步調(diào)走過大橋?大橋也會坍塌嗎？
顯然幾只小螞蟻不會導致大橋坍塌，因為小螞蟻的振動能量實在太小了。所以共振不可怕，振幅大了才可怕。
 
我們回過頭來，看制動盤的模態(tài)分析結(jié)果，如果我們研究噪音問題，其實最關(guān)心的是盤面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)振形,如下圖所示的第八階固有頻率所對應(yīng)的振形，就是我們所謂的特征振形。
有了這個特征振形，我們就可以有針對性的設(shè)計結(jié)構(gòu)以避免出現(xiàn)2685Hz的共振。
 
如果觀察仔細的讀者可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，對于這個制動盤1與2的頻率很接近，同樣的還有3與4、6與7 以及9和10。在模態(tài)分析中我們稱之為‘重根模態(tài)’，也就是頻率相同而振幅相差90°相位，對于對稱結(jié)構(gòu)的部件，‘重根模態(tài)’很常見。
以上的模態(tài)分析只是宏觀的表述了，共振的產(chǎn)生與否，如果我們想要更進一步的了解知曉部件在振動環(huán)境下的具體某個點的振動位移、速度、加速度等詳細信息，我們就需要在模態(tài)分析的基礎(chǔ)之上在進行動態(tài)響應(yīng)分析。
動態(tài)響應(yīng)是分析具有該固有頻率和振動形態(tài)的結(jié)構(gòu)在受到動載荷時的響應(yīng)，特征點的位移、速度、加速度及變化規(guī)律。
動態(tài)響應(yīng)可分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)兩個內(nèi)容，分別針對周期振動環(huán)境和隨即沖擊振動環(huán)境下的部件響應(yīng)分析。
 
 
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