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经典图书 3 支架模态分析 针对以上测试结果,怀疑支架系统刚度不够,在发动机的激振频率范围内25Hz~200Hz,存在着共振点。为了确认并对该支架系统进行改进,本文用有限元方法对该支架系统进行了模态分析。
3.1 有限元模型的建立
本文利用Hypermesh 软件划分网格,由于支架底板和调节支架为钣金件,厚度都为4mm,本文划分底板为片体网格,对发电机模型进行简化,使其质量和转动惯量与实物测量数据一致,另外将压缩机用质量点表示,填入实测质量值和转动惯量值。螺栓处通过rbe2 连接,最终模型如图所示:
图6 原支架系统有限元模型
图7 原支架系统第一阶模态应力及振型图
3.2 计算结果
模型建好后,提交Nastran 进行正交模态计算,提取前三阶模态如表所示:
表1 原支架系统模态频率表
其中第一阶模态振型如图7 所示。图中颜色深浅表示的是模态应力,可见在支架底板的中部应力较大。
4 结果分析及措施改进
由以上的实验和有限元分析来看,有限元模态分析结果基本符合实验现象,由于前两阶固有频率比较低,处在发动机的激振频率范围内,因此引起了支架系统的共振。在模态仿真分析中,固定支架第一阶固有频率为100Hz,这与实验结果colormap 图4 图5 中的142.19Hz非常接近,说明支架确实在该频率下存在共振现象。同时,该频率所对应的发动机转速为4500rpm 左右,从实验结果overall 加速度振幅图可见,在4318rpm 处确实也处在振幅过高的现象,由此可知,螺栓断裂非常可能的原因就是支架系统刚度不足,导致其一阶频率只有142.19Hz,落在发动机的激振频率范围内。解决的办法就是提高刚度,使支架的第一阶固有频率大于200Hz。
要提高结构的刚度,最简单而方便的办法就是加筋。从图7 所示的模态振型图上可看出,支架底板的中部应力较大,应该在此处加加强筋。又由于该阶模态的振型是X 方向左右晃动,对于底板来说就是就是按如图8 所示的交叉方向扭转,说明在该方向上刚度较差,第一阶模态是由于该方向上的刚度小而引起的。为了提高该阶模态频率,可在该方向上加加强筋。
图 8 支架底板模态应力图
表2 改进后支架系统模态频率表
对原发电机支架底板进行改进,加上交叉筋,并用改进后的支架底板代替原来的底板,重新建立有限元模型,如图9 所示,对其重新进行正交模态计算,得到如表2 所示支架的模态频率。其第一阶模态振型图如图10 所示,其振型与改进前基本一致。
图 9 改进支架系统有限元模型
图 10 改进支架系统第一阶模态应力及振型图
由结果可见,支架系统频率大大提高了,已经离开了发动机的激振频率范围,但离发动机的激振频率200Hz 任然非常近,一般而言,离激振频率越远,避振效果越好,这些有待今后改进。同时,从模态应力分布来看,原来支架底板中部的红色区域得到了非常好的改善,应力被均匀的分布到了周围区域。
对改进后的系统进行了发动机台架实验,目前没发现异常磨损和支架断裂的现象。
5 结论
本文通过整车路试振动测试实验,推断发电机支架刚度过低。利用有限元模态分析,进一步确认了问题发生的原因,并根据计算分析结果提出了支架系统的改进意见。
参考文献
[1] 吴炎庭,袁卫平,内燃机噪声振动与控制,北京:机械工业出版社,2005.5
[2] 康展权,汽车工程手册-设计篇,北京:人民交通出版社,2001.5
[3] 陈晓梅,模态分析在动力总成开发中的应用.[吉林大学汽车工程学院硕士学位论文],吉林:吉林大学,2007
[4] 熊伟,邓兆祥等,汽车发电机- 压缩机支架断裂发生机理及控制措施重庆大学学报,2003(2)(end) |
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