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标题: 副水箱支架模态分析与结构优化（一） [打印本页]

作者: wydgm 时间: 2014-3-14 20:40
标题: 副水箱支架模态分析与结构优化（一）

发表时间：2013/10/24

胡小

文侯路

王海波

关键词：模态抖动副水箱支架结构优化

目前，车身NVH性能开发已广泛地利用CAE工具，大大地降低了开发成本，缩短开发周期。对于低频NVH问题（0-150Hz），主要采用模态法。汽车设计中各个部件的模态需要满足一定的设计要求，以避免各个零部件之间的共振。某车型中，布置在后悬置横梁总成上的副水箱在怠速工况下振动比较强烈，不满足开发品质要求。针对此问题，下文进行原因分析以及解决措施研究。

1 建立副水箱安装支架总成模型

副水箱作为存储冷却液的容器，可以根据冷却液的冷热变化自动调节参与冷却循环的冷却液的数量，防止外界空气进入冷却循环，也可防止冷却液溢出造成浪费。

副水箱安装支架通过螺栓连接固定在元宝梁边上，为副水箱提供支撑固定作用，如图1所示。

图1 副水箱安装支架总成有限元模型

针对反馈的振动问题，建立副水箱及安装支架有限元模型，基于有限元分析软件HyperWorks对副水箱安装支架进行有限元分析，找出振动的主要原因。根据有限元分析结果指导支架结构优化改进，防止副水箱剧烈抖动导致开裂的隐患，保证副水箱的使用要求。采用shell单元进行网格划分，点焊采用直径为6mm的cweld单元模拟，二氧化碳气体保护焊采用rbe2单元模拟，单元尺寸为5mm×5mm，模型单元总数39406个，节点总数40043个。

2 材料属性与边界条件

副水箱结构材料为PP改性，副水箱自重加储存的冷却液重量为4.65kg。零件材料属性见表1。

表1 零件材料属性

副水箱安装支架通过螺栓连接在元宝梁上，元宝梁通过螺栓连接在车架上，截取部分车架模型，在车架两端约束自由度123456，分析系统约束模态。

3 副水箱安装支架总成模态分析 模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。准确计算副水箱安装支架的模态参数对它的振动分析有着十分重要的作用。本文在分析过程中根据实际工作条件，计算副水箱安装支架的约束模态，提出了前四阶频率参数，如表2所示。

表2 副水箱安装支架频率

副水箱安装支架总成前4阶振型分别如图2所示，第一阶振型为副水箱相对支架的前后振动；第二阶振型为副水箱左右摆动；第三阶振型为副水箱绕垂向扭动。第四阶振型为上下的弯曲摆动。

图2 1-4阶振型图

根据工作经验可知，引起副水箱抖动的激励信号来源有两种，第一种是发动机运转引起抖动，柴油四缸发动机激励信号主要在12.5-110Hz之间；第二种是车辆运行过程中路面激励信号引起的抖动，路面激励信号。根据模态分析可知副水箱支架总成的一阶固有频率为14.5Hz，频率偏低，容易在发动机激励作用下产生共振。发动机怠速为750～800rpm，则发动机一阶点火频率为12.5-13.3Hz，副水箱支架总成一阶固有频率与该频率间隔为1Hz左右，可能与发动机一阶点火频率耦合。

由图2知副水箱安装支架总成第一、二阶振型与发动机怠速过程副水箱的剧烈抖动振型基本符合，提高支架结构的固有频率，以第一阶模态频率大于30Hz为目标，避免与发动机激励作用下的共振。

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