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某純電動(dòng)客車模態(tài)分析

2020-03-28 19:04:41·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
作者單位：江西博能上饒客車有限公司DOI:10.15917/j.cnki.1006-3331.2020.01.005模態(tài)分析是車輛NVH 性能分析的基礎(chǔ)，通過(guò)模態(tài)分析找到車輛的主要固有頻率和振型
作者單位：江西博能上饒客車有限公司
 
DOI:10.15917/j.cnki.1006-3331.2020.01.005
 
模態(tài)分析是車輛NVH 性能分析的基礎(chǔ)，通過(guò)模態(tài)分析找到車輛的主要固有頻率和振型，對(duì)比外界主要激勵(lì)源的激振頻率，為車輛避開這些主要的激勵(lì)源避免共振提供理論依據(jù)?本文以某純電動(dòng)客車的整車骨架和內(nèi)飾車身為對(duì)象，進(jìn)行模態(tài)分析，為車身結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算和改進(jìn)提供參考?
 
1 有限元模型的建立
本車采用全承載結(jié)構(gòu)，包括前圍?后圍?左右側(cè)圍?頂蓋和底架?前橋軸荷5.5t，后橋軸荷11 t，整車長(zhǎng)10.49 m?寬2.49 m?高3.49 m(不含空調(diào)高度)，整車骨架主要由Q235 和Q345 矩管焊接而成?
根據(jù)整車骨架的三維模型，在HyperMesh 軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分?矩管和鈑金件以四邊形殼單元為主三角形殼單元為輔劃分網(wǎng)格，殼單元基本尺寸15mm，最小尺寸5 mm，翹曲度<15°，傾斜度<60°，長(zhǎng)寬比<5，四邊形單元最小內(nèi)角45°，最大內(nèi)角135°，三角形單元最小內(nèi)角20°，最大內(nèi)角120°?對(duì)于實(shí)體結(jié)構(gòu)，采用四面體網(wǎng)格劃分?考慮整個(gè)整車骨架的受力情況，忽略了直徑小于5 mm 的小孔?該客車有限元模型包含1 481 778 個(gè)單元和1 381 778 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其整車骨架的有限元網(wǎng)格模型如圖1 所示?
 
骨架是整車重要的承載部件，其模態(tài)性能必須控制?內(nèi)飾車身是在骨架的基礎(chǔ)上添加內(nèi)飾件，其動(dòng)態(tài)性能更接近整車，加上內(nèi)飾件后，其質(zhì)量和剛度都發(fā)生了變化，導(dǎo)致模態(tài)頻率和振型都發(fā)生變化，容易產(chǎn)生一些局部振型，導(dǎo)致車身在某些位置振動(dòng)厲害，因此內(nèi)飾車身的模態(tài)也需要控制?通過(guò)整車骨架和內(nèi)飾車身模態(tài)可以找到車身結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化這些區(qū)域來(lái)發(fā)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)上的潛在NVH 隱患 ?
在整車骨架有限元網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上導(dǎo)入內(nèi)飾車身三維模型(即保留內(nèi)蒙皮?地板?玻璃?車門的模型)，用四邊形網(wǎng)格對(duì)以上內(nèi)飾件進(jìn)行離散化，內(nèi)飾車身有限元模型包含1 686 766 個(gè)單元和1 492 893 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其有限元網(wǎng)格模型如圖2 所示?
 
內(nèi)飾材料主要包括內(nèi)飾PP 件?玻璃?竹膠板和門鋁件，骨架材料主要有Q235 和Q345?內(nèi)飾車身材料的參數(shù)見表1?
2 模態(tài)分析及討論
2.1整車骨架的模態(tài)分析
進(jìn)行骨架的自由模態(tài)分析時(shí)，除了骨架本身的自重(定義好材料和網(wǎng)格屬性，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算，不需額外添加)，僅需施加一個(gè)模態(tài)運(yùn)算載荷，即在Hyperworks 軟件中通過(guò)建立EIGRL 卡片的Load Collector 即可?
根據(jù)有限元分析結(jié)果，除去前六階剛體模態(tài)，整車骨架一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為7.9Hz，整車一階彎曲模態(tài)為13 Hz，前六階模態(tài)頻率分別為7.9Hz?9.0Hz?13.0Hz?13.5Hz?16.0Hz?17.1Hz?其中整車的一階模態(tài)振型圖如圖3 所示?
 
2.2 內(nèi)飾車身模態(tài)分析及討論
內(nèi)飾車身模態(tài)，在除去前六階剛體模態(tài)之后，前兩階模態(tài)頻率分別是14.8Hz 和18.3Hz，分別表現(xiàn)為頂蓋的一階彎曲和頂蓋的二階彎曲?前六階非零模態(tài)頻率分別為14.8Hz?18.3Hz?20.6Hz?23.3Hz?23.9Hz 和24.3Hz，其中，頂蓋的一階彎曲和二階彎曲的振型圖如圖4 所示?
 
2.3 討 論
純電動(dòng)客車在行駛過(guò)程中，主要受到來(lái)自路面對(duì)車輪的沖擊和電機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)?
1) 路面激勵(lì)頻率受路面質(zhì)量影響，目前在城市道路及高速公路上，路面激勵(lì)頻率通常在1 ~3 Hz?
2) 車輪不平衡引起的激勵(lì)頻率低于11 Hz，但是由于該激勵(lì)分量較小，可忽略?
3) 傳動(dòng)軸引起的激勵(lì)頻率大于40 Hz，該激勵(lì)的分量較小，可忽略?
4) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)頻率與電機(jī)極數(shù)P?轉(zhuǎn)速n 有關(guān)?整車使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n =1 270 r/ min，極數(shù)P=12，得到低速激勵(lì)頻率f =(n·P / 2) / 60=127 Hz?
骨架是車身的基礎(chǔ)，門窗?內(nèi)外蒙皮?底盤部件和內(nèi)外飾件都通過(guò)各種方式安裝在骨架上，如果骨架的模態(tài)偏低，骨架很容易受內(nèi)外部激勵(lì)影響，產(chǎn)生共振，所以骨架的模態(tài)頻率應(yīng)該避開主要的激振源頻率?同時(shí)，內(nèi)飾車身模態(tài)是在骨架的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)蒙皮和地板等內(nèi)飾件，整體的模態(tài)頻率和振型都發(fā)生了變化，特別是一些局部模態(tài)，很可能與內(nèi)外部激振源的頻率相同或相近，造成共振?為了避開主要的激振源，要求整車骨架和內(nèi)飾車身的低階模態(tài)頻率應(yīng)處于3 ~127 Hz 之間?根據(jù)上述模態(tài)分析可知，整車骨架和內(nèi)飾車身的低階模態(tài)頻率都處在3 ~127 Hz 之間，避開了外界和內(nèi)部的主要激振源頻率，不會(huì)引起共振?
 
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)建立整車模型，對(duì)整車骨架和內(nèi)飾車身分別進(jìn)行模態(tài)分析，得到車身結(jié)構(gòu)容易受外界激勵(lì)影響的頻率范圍，并與車身內(nèi)外部激勵(lì)進(jìn)行研究對(duì)比，確認(rèn)車身結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生共振?
 
 
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