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商用车动力学计算中的车架建模


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 商用车动力学计算中的车架建模 作者:程超 卢炳武 秦民 张延平 刘春燕 郝文权 来源:《计算机辅助工程》2013 年第 03 期 摘要:针对商用车动力学计算中车架的建模,在利用车架 CAD 数据通过有限元法生成 MNF 文件的基础上,通过研究试验模态文件,找到一种实现车架柔性体简易建模的方法. 该方 法能够实现对车架一扭和垂向一弯模态频率与模态振型的设定,简化车架的建模工作.通过该 方法可以实现在车型概念设计阶段,利用商用车动力学计算分析来规划和控制车架的弯扭特 性,从而提高车辆的乘坐舒适性. 关键词:车架; 乘坐舒适性; 商用车; 虚拟仿真 中图分类号:U463.32 文献标志码:B 0 引言 车架总成是商用车中最重要的总成之一,车辆中几乎所有的总成部件都安装在车架上,承 受所装载的全部质量,并传递全部的驱动力和制动力,因此,车架应该具有足够的强度和合适 的刚度.[1]车架强度要求保证车架在各种道路条件下不致过早受到严重损坏,要有足够的使用 寿命;车架刚度会影响到车辆的平顺性,车架应具有合适的弯曲刚度和扭转刚度. 在进行商用车动力学计算时,一般可简单地将车架处理为刚体.当考虑车架的柔性时,可 在车架三维几何模型基础上,通过有限元软件生成模态中性文件,导入到车辆模型中.使用该 方法的前提是已有车架的完整三维几何模型,而使用有限元软件进行处理,耗时长,且不易修 改. 现代车辆设计越来越希望在车辆的概念设计阶段引入 CAE 手段,从而对车辆部件的详细 设计起到指导作用.在概念设计阶段,往往还没有车架三维几何设计,针对这种情况,本文通 过研究试验模态文件,实现车架的简易建模,可实现对车架一扭、垂向一弯模态频率和模态振 型的设定.通过这一方法实现在车型概念设计阶段,利用商用车动力学计算分析结果规划定义 车架的基本弯扭特性,避免车辆零部件在后期作较大的改动,更好地满足车辆平顺性的需求. 1 车架有限元建模方法 进行车辆的操纵稳定性和平顺性等汽车主要性能的计算分析,一般可采用 Adams/Car 建立 车辆详细的整车动力学模型,针对具体工况进行性能分析,计算得到车辆的主要性能指标.[2] 商用车的车架是连接车辆所有总成的部件,且其一弯、一扭模态频率较低,将车架处理为 柔体能更好地反映整车实际的性能.对于车架的柔性化处理,一般在车架的三维几何模型的基 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 础上,通过网格划分得到车架的有限元模型.车架的三维几何模型见图 1,这时车架已完成详细 的设计.经过几何清理、网格划分等得到车架有限元模型,见图 2. 2 车架的简易建模 在车辆开发的概念设计阶段,车架还没有进行实际的设计,因此,在该阶段不可能按照已 有的方法,在车架的三维几何模型基础上通过有限元软件生成模态中性文件.本文设想通过试 验模态文件建立车架的柔体模型,该模型应具体现车架基本的弯扭特性,从而通过整车性能分 析评价车架的弯扭特性,将整车性能分解到车架总成的模态特征. 经过研究试验模态文件的具体结构,可以根据概念设计阶段车架的长度、宽度等一些基本 数据,通过研究试验模态文件,得到简单的能反映车架弯扭特性的模态中性文件,从而可以在 车辆的概念设计阶段分析车架弯扭特性的影响,进而对车架的弯扭特性有早期的规划和控制. 为简化车架的建模,在车架简易建模中,仅考虑车架的长度和宽度等几何特征,将车架等 价于简单的线框结构,但包括车架的质量、转动惯量等物理特征. 3 车架弯扭特性的设定 为快速生

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