基于有限元的汽车排气系统吊钩位移响应分析

汽车排气系统吊钩的位移响应影响汽车的NVH特性,为了研究吊钩的位移情况,采用Hypermesh和MSC.Nastran进行有限元网格构建并进行计算求解.基于模态的吊钩位移分析很好的体现了不同频率下的响应,通过平均驱动自由度位移(ADDOFD)方法能够对排气系统的吊钩位置进行优化.计算仿真结果有效的辅助了排气系统的设计,并缩短了整车的开发周期,所做的模态分析对试验阶段的耐久也具有重要的指导意义.     

基于平均驱动自由度位移法的某车型排气系统吊钩位置设计

采用CATIA软件建立某车型排气系统的三维模型,并运用有限元分析软件Hypermesh建立了有限元仿真模型,分析了模型的自由模态和约束模态。通过与试验模态的对比,验证了仿真模型的正确性。为了减少排气系统通过吊钩传递到车身的振动,在自由模态的基础上,采用平均驱动自由度位移原理设计了排气系统的吊钩位置方案。然后,以支反力和静态位移为优化目标确定了最优方案,通过优化前后吊钩力学响应分析对比验证了优化的有效性。     

基于双目标优化的某转向系统轻量化设计

基于某国产纯电动汽车转向系统的有限元模型,分析其模态频率是否满足企业大于等于35 Hz的设计要求.针对与目标值相差较大的垂向模态,同时考虑到纯电动汽车的轻量化,对其转向系统分为两个阶段进行优化.第一阶段通过引入模态应变能分析法并结合工程经验提出了优化方案,虽然横向模态满足了目标要求,但质量增加了4.6%(5.54 kg)且垂向模态不满足要求.第二阶段采用正交实验设计和最优拉丁超立方实验设计相结合的方法,构建了径向基函数神经网络模型,采用多目标遗传算法对转向系统的尺寸进行优化.最终优化后的转向系统垂向模态频率由21.9 Hz提升至35.4 Hz,质量仅增加了1.9%(2.27 kg),在实现转向系统模态优化目标的同时,还尽量减少了增重(减少增重2.7%),实现了转向系统的模态和质量的双目标优化.     

五轴义齿加工中心整机模态分析与优化

文章为提高自主设计制造的五轴义齿加工中心的动态性能建立了可信的仿真模型,对该仿真模型和样机分别采用有限元模态分析、模态试验等方法进行研究。对义齿加工中心整机进行了有限元建模与仿真分析,获得了整机模态频率、振型等模态参数;采用多参考点最小二乘复频域法PolyMAX对义齿加工中心进行了整机结构模态试验,获得了相应的整机试验模态参数;通过对仿真数据和试验数据的对比分析,验证了分析模型的正确性;综合考虑模态分析结果和实际工作状况,初步识别出整机结构的薄弱环节,并提出相应的优化方案。实验结果表明,仿真模型与实验结果固有频率误差在11.5%以内,各阶模态之间的MAC值基本在10%以内,优化后关键模态固有频率由343Hz变为445Hz。结构优化使整机固有频率有效避开了设备加工频率,达到了改善其动态性能的目的。     

基于三维有限元法的排气系统声模态分析

为分析排气系统声模态和尾口噪声的关系,采用三维有限元法对声模态和尾口声压级进行仿真计算。通过仿真分析结果和平面波理论求解结果的对比,发现了影响排气系统声模态的关键部件,改变关键部件以实现对声模态的调节;仿真分析结果表明,尾口声压级峰值频率与声模态频率相对应,调整声模态能够调节尾口声压级。应用实例中某车型由于排气系统声模态而引起尾口低频噪声大,将声模态频率从31.2 Hz移动到26.8 Hz,问题得到有效改善。     

基于应变能分析的双目标白车身模态优化

建立某混合动力SUV带挡风玻璃白车身的有限元模型,分析白车身的模态特性,并通过试验模态验证其可靠性。针对未达到35Hz目标值的后部扭转模态,通过改进白车身焊点、结构、板件厚度等步骤进行优化。在板厚优化之前引入模态应变能分析法,缩减模态灵敏度分析样本,提高优化效率。最终,白车身后部扭转模态频率由34.42Hz提升至37.39Hz,而车身质量仅增加0.2%(0.75kg),在实现白车身模态优化目标的同时还尽量减少了车身增重。     

采用响应面法的轿车驾驶员座椅的模态优化

建立某轿车驾驶员座椅结构的有限元模型,并分析模型的模态特性。针对座椅Y向横摆模态频率低于目标值的问题,为保证优化过程不增加座椅总质量,将参数化后的座椅有限元模型基于响应面法进行模态优化。采用板件模态灵敏度分析的方法,选取对座椅模态和质量影响较大的钣金件厚度作为设计变量,通过拉丁超立方实验设计采集样本点,构造Kriging响应面模型并检验响应面的精度。以座椅的Y向横摆模态频率最大化为目标,总质量为约束,结合遗传算法对响应面模型进行优化计算,得到座椅模态优化的最优方案。优化后座椅的Y向横摆模态频率由22.69 Hz提高到24.60 Hz,同时质量降低了5.2%(0.891 kg),从而实现了座椅的模态优化和轻量化,且验证了所提出的优化方法的有效性。     

基于Hyperview和锤击法的某型轿车排气系统模态分析

利用Hyperview软件分别在自由模态和约束模态两种条件下对某型轿车排气系统进行有限元数值模态和锤击法试验模态分析,介绍了试验模态分析的实验设备以及流程,分析比较两种模态分析结果的差异。结果表明,在自由状态下,数值模态分析和试验模态分析结果基本吻合,仿真模型能准确有效地对排气系统进行模拟计算,而在约束状态下,数值模态和试验模态分析所得到的固有频率差值相对较大,但两种模态振型总体上一致。理论模型可靠,根据模态参数,可为排气系统结构优化确定方向,为排气系统悬挂位置的优化提供了依据。     

基于层次分析法的排气系统悬挂点位置优化

提出一种基于层次分析法的排气系统悬挂点位置优化方法。以某桥车悬挂点位置为例,利用HYPERMESH建立排气系统的有限元模型。通过对排气系统进行数值模态分析和试验模态分析,验证有限元模型的准确性。首先通过层次分析法计算各阶模态振型的权重因子,然后用平均驱动自由度位移法(ADDOFD)对所有潜在悬挂点的各阶模态振型加权求和,重新选加权位移较小的位置作为排气系统的悬挂位置。为检验所设计悬挂位置的合理性,对该排气系统进行频率响应分析和约束模态分析;并进行实车验证。比较优化方案和初始方案,传递到车身的力明显下降,满足最大力小于10 N的要求;车内座椅导轨的振动也明显减小,证明优化后的悬挂点符合要求。     

动车组车辆地板振动问题及其优化

针对某型动车组高速运行时地板振动脚感发麻问题,对该车进行了线路运行试验.通过振动传递分析与运行舒适度分析发现,车体钢结构振动经弹性支撑元件传递至地板后,在20~50Hz频率范围的振动被放大,且该频率范围覆盖了人体腿部敏感频率,导致乘坐时脚感发麻.为进一步研究地板振动放大机理,建立了包含地板的车体精细化有限元模型,并对模型进行验证.有限元分析结果表明,原地板弹性支撑刚度参数不当,导致地板局部模态频率与车体钢结构局部模态频率接近,进而导致地板与车体底架发生局部共振现象,地板振动能量被放大.针对地板弹性支撑参数不当进行了优化研究,并对优化方案进行了试验验证.试验结果表明,优化设计有效地解决了地板振动发麻问题.     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验研究

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型,并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率;采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究,选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明：第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近,第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应,这说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

节流降压-小孔喷注消声器优化设计与模态分析

对AG-35/39M1型锅炉排气放空噪声进行测量,并进行频谱分析,找出主要噪声源发生在频率为1 118 Hz处.根据其频谱特性和排气放空噪声产生机理及喷注噪声具有的声级高(140 dB左右)、频率宽、传播远、影响范围大等特点,优化设计了节流降压-小孔喷注复合式消声器,并采用锤击法对消声器试件进行实验模态分析及消声特性试验,可知其频率远远避开了噪声的峰值频率,消声器不会在噪声峰值时产生共振,为设计出结构合理、性能优良的消声器提供了可靠依据.     

流固耦合对油底壳振-声特性的影响研究

对于复合钢板油底壳进行了自由模态、约束模态以及流固耦合下湿模态的计算与试验,较高的一致性表明耦合模型是合理的.模态对比结果说明当油底壳盛油后,模态振型出现了变化,且整体模态频率降低.使用最小二乘法拟合了盛油前后油底壳的瑞利阻尼比例系数.结果表明润滑油对于复合钢板油底壳的阻尼影响不大.采用多体动力学计算了耦合与非耦合油底壳的振动响应,在整体幅值和变化趋势上与试验值较接近.耦合模型的振动响应在整体上略低于非耦合模型,但500 Hz前的振动峰值更突出,尤其在330 Hz附近.耦合模型在峰值频率和趋势上与试验值吻合得更好.进一步通过边界元法计算了两种油底壳模型的辐射噪声,结果显示考虑耦合后油底壳辐射声功率在3 000 Hz内显著下降,仅在333 Hz处有较高的峰值.      

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型;并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率。采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究。选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明:第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近;第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应。说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

基于模态分析的数控内齿强力珩齿机床身优化设计

数控内齿强力珩齿机是一种高效、高精度的齿轮加工机床,床身是整机的重要基础件,提高床身的动态特性对保障珩齿机的加工精度有重要意义。文章通过有限元软件建立了床身的有限元模型,并通过模态分析得到床身的前4阶模态频率和振型;对床身进行了模态试验,并通过整体多项式拟合法得到床身的前4阶试验模态参数,通过对比模态试验和仿真结果验证了有限元模型的正确性;在仿真分析和模态试验的基础上,提出了2种床身结构优化方案,并再次通过模态分析得到最佳的优化方案;最终,在保证床身质量变化较少的前提下将床身的一阶固有频率从178.33Hz增加到203.14Hz,为床身的结构优化设计提供了一定的理论依据。     

基于模态灵敏度分析的某轻型卡车驾驶室结构优化

建立了某轻型卡车的驾驶室白车身有限元模型,并对其进行了数值模态与试验模态的计算和分析。基于模态匹配原则对驾驶室进行动态特性分析,并对该卡车驾驶室进行基于模态一阶频率灵敏度分析的驾驶室结构优化,降低了驾驶室的一阶扭转频率,增大了其与发动机怠速激励频率的差值,一定程度上达到了减振降噪的目的。     

汽车排气系统振动模态分析与悬挂位置优化

排气系统的振动通过吊耳传递到整个车身,进而引起整车的噪声与振动。为了减小这一影响,利用Hypermesh和Ansys软件对某型号汽车的排气系统进行有限元建模与振动模态分析。运用平均驱动自由度位移(average drive degree of freedom displacement,ADDOFD)法对排气系统的悬挂位置进行优化。试验首先将理论模态分析的结果与模态测试的结果进行对比,验证有限元模型的合理性;然后利用ADDOFD法进行悬挂位置优化,绘制ADDOFD曲线,获得3个最佳悬挂点,从而验证了该方法在单消声器排气系统上应用的有效性。     

无阀微泵压电特性分析及性能测试

提出了一种用于微量试剂分析的压电驱动微泵模型.该微泵模型采用压电阵子驱动、硅基泵体以及聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）封装而成.对压电阵子振动模态进行有限元分析,得出1~4阶模态及驱动频率,使微泵容积效率为最大的应为1阶模态.通过对微泵压电 应力耦合场进行数值分析,得出微泵最佳驱动频率范围应小于1 kHz.最后,采用微系统加工方法制作出微泵模型,并对其性能进行测试.结果表明：电压为100 V(p-p)的正弦波驱动下,频率为60和200 Hz时,微泵流量最大达到34.5 μL/min,而当频率在60~600 Hz时微泵压力最大达到657 Pa,与数值分析结果相吻合.     

基于全局响应面法的电动轿车白车身多目标优化

文章在分析电动轿车车身结构的基础上,采用HyperWorks软件,建立了某款电动轿车白车身有限元模型,并对其进行了扭转刚度分析、弯曲刚度分析、自由模态分析;在此基础上通过灵敏度分析选出顶盖、前地板、后地板、侧围外板、外挡泥板、后轮罩、地板纵梁的板厚作为优化变量,以一阶模态避开路面对汽车的激励频率(大于25Hz)及扭转刚度满足设计要求为约束,以白车身总质量、弯曲刚度为优化目标,运用全局响应面法进行多目标优化,以获得较好的改进方案。     

节流降压-小孔喷注消声器优化设计与模态分析

对AG-35/39M1型锅炉排气放空噪声进行测量,并进行频谱分析,找出主要噪声源发生在频率为1118 Hz处。根据其频谱特性和排气放空噪声产生机理及喷注噪声具有的声级高(140 dB左右)、频率宽、传播远、影响范围大等特点,优化设计了节流降压-小孔喷注复合式消声器,并采用锤击法对消声器试件进行实验模态分析及消声特性试验,可知其频率远远避开了噪声的峰值频率,消声器不会在噪声峰值时产生共振,为设计出结构合理、性能优良的消声器提供了可靠依据。