基于半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计.pdf

半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计 蒋红旗 ， 李顺才 1中国矿业大学深部岩土国家重点实验室 徐州 221008 2徐州师范大学机电工程学院 徐州 221116 摘 要：车架是半挂汽车结构件中结构和载荷都很复杂的关键部件，为提高车架整体性能，对某型半挂汽 车车架进行了有限元模态分析和基于频率、刚度和强度约束的优化设计，降低了车架结构 自重，提高了车架的 低阶频率，改善了动态性能，为车架的设计和改造提供了理论依据。 关键词：半挂汽车；车架；有限元 ；模态分析 ；优化设计 中图分类号：TH218 文献标识码 ：A 文章编号：1001—0785 (2011)05—0027—04 Abstract：Frameisacomplexkeypartinaspectsofstructureandloadinstructuralmembersofsemi—trailer．Inorder toimprovethewholeperformanceoftheflame，finiteelementmodalanalysisandoptimizationdesignbasedonrfequency， rigidityandstrengthconstraintsaremadeontheframeofcertaintypeofsemi—trailer，whichdecreasestheself-weightof 、 framestructure，increasesthelow—orderrfequency，improvesthedynamicperformanceandprovidestheoreticalbasisforde— signandimprovementtotheflame． Keywords：semi—trailer；frame；finiteelement；modalanalysis；optimizationdesign 的弹性模量 E=206GPa，泊松 比 =0．29，密度 0 引言 P=7．85kg／cm ，钢板弹簧的垂直刚度系数取 115 目前 ，各种专用车辆普遍存在 自重大、重心 N／ram。最终形成的有限元模型中共 661个单元， 高的缺点。据统计，多数专用汽车的车身质量约 942个节点。如图 1所示 。 占整车质量的40％ ～60％，大大降低 了车辆的承 载能力，严重影响车辆 的稳定性和安全性。车架 是半挂汽车结构件 中结构和载荷都很复杂的关键 部件 ，其设计需在满足强度和刚度 的条件下尽可 能地减轻重量，进行必要的优化 ¨。同时，车架 结构的动态特性也是影响车辆安全性能的关键因 素之一，低阶模态特性基本决定了车架的动态性 能 J。因此在车架结构的优化过程中也需考虑频 图1 车架有限元模型 率方面的约束。本文通过对半挂汽车车架的模态 分析，进行基于频率、刚度和强度约束的优化设 2 车架模态分析 一 计，为车架的设计和改造提供必要的理论依据 。 在结构动力学分析 中，模态分析理论是基础 ， 1 车架有限元模型 主要用于计算模型固有模态的2个基本参数：固 本文的研究对象XZ9133型半挂汽车是一种大 有频率和模态振型。它们表明了系统 自由振动的 吨位的运输车 ，车架主要 由2根主纵梁、19根穿 特性，对于给定的系统，系统振型向量的比值与