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扭力梁悬架有限元模态分析中的橡胶衬套动刚度赋值方法

石月奎;李洪亮;王海洋

【摘要】依托典型车型扭力梁悬架的有限元模态分析结果,在对悬架边界条件合理

简化的前提下,针对悬架橡胶衬套单元模型在分析模型构建中的动刚度赋值问题开

展研究,提出了一种“分频迭代”的处理方法.与试验模态分析结果对比,采用“分频

迭代”方法进行处理,可将模态频率的计算误差控制在10％以内,且相应的模态振型

一致性良好,频率、振型的一致性均优于传统的静刚度当量方法,表明了所提方法的

有效性与合理性.

【期刊名称】《汽车技术》

【年(卷),期】2016(000)006

【总页数】4页(P15-18)

【关键词】橡胶衬套;动刚度特性;扭力梁悬架;有限元分析

【作者】石月奎;李洪亮;王海洋

【作者单位】中国汽车技术研究中心,天津300300;中国汽车技术研究中心,天津

300300;中国汽车技术研究中心,天津300300

【正文语种】中文

【中图分类】U462.1

主题词：橡胶衬套动刚度特性扭力梁悬架有限元分析

扭力梁悬架系统动态特性与整车NVH性能密切相关，可通过计算或试验分析手段

揭示其模态分布规律［1，2］，扭力梁悬架的有限元模态分析面临的突出问题是

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橡胶衬套的建模（简化）原则并不十分清晰。具体而言，往往是掌握着详实的橡胶

衬套动刚度参数，却无法将其合理赋值于有限元模型中加以有效应用，并由此对有

限元分析精度带来不利影响。

为解决上述问题，依托具体车型扭力梁悬架的有限元模态分析，在对悬架安装约束

边界条件合理简化的前提下，结合试验与计算研究，提出一种用于悬架橡胶衬套动

刚度合理赋值的“分频迭代”方法。该方法以对衬套单元模型的静态刚度赋值及对

悬架模态分布的试算为起点和依据，对悬架模态频率的取值区间进行预估，进而将

预估区间上衬套动刚度的“有效值”作为赋值依据，并通过对预估区间的反复修正

确保赋值的合理性。

为了提供扭力梁悬架计算模态分析的验证依据，首先实施了相应的专项测试，包括

自由模态测试与约束模态测试。

2.1自由模态测试

以橡胶绳悬挂扭力梁本体，使其处于自由悬挂状态，如图1所示，测试采用力锤

激励，单输入、多输出的方式进行。

图2是试验模态分析的结果。扭力梁本体自由模态分布：1阶振型为整体X向弯

曲，频率为152.00Hz；2阶振型为整体Z向弯曲，频率为192.00Hz（此处坐标

系参照整车坐标系定义，下同）。

2.2约束模态测试

排除轮胎这一复杂弹性系统的影响以简化建模和分析，样车装配状态下保留悬架弹

簧和减振器，仅去除轮胎系统，悬架系统与地面间通过方木块及千斤顶（左、右对

称）建立连接关系，通过千斤顶调节垂向高度以保证轮心位置与原状态（未去除轮

胎时）一致。试验状态见图3。

试验模态分析结果如图4所示，扭力梁悬架约束模态分布：1阶为斜向弯曲，频率

为85.73Hz；2阶为横梁绕Y轴横摆，频率为116.56Hz；3阶为2阶斜向弯曲，

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频率为172.00Hz。

3.1扭力梁本体有限元模型与自由模态分析

悬架橡胶衬套动刚度赋值方法研究的前提是保证其他部件计算模型的精度，故先建