基于车架的振动模态方法应用研究

梁霭明 杨媛媛

摘要：该文论述了模态分析的基本理论，结合SISO状态空间系统，提出了一种实时分析结构物振动模态特性的方法。并通过货车车架的例子，阐述其应用方法，为车架的设计提供理论依据，为其他振动特性分析提供一种新方法。

关键词:模态分析；状态空间；振动特性

中图分类号：TH133.3文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)24-5878-04

Research on Application of Modal Method Based on Frame

LIANG Ai-ming1, YANG Yuan-yuan2

(1.Research Center, ZhongDa LED, Zhongshan 528476, China; 2.Computer Application, Tianhe College, Guangzhou 510000, China)

Abstract: This article discusses the basic theory of modal analysis, combined with SISO state space system, a real-time analysis of modal characteristics of structures approach. And through the example of truck frame, described the application of methods,provide theoretical ba? sis for the design of frame,also provide a new method for the analysis of vibration characteristics of the other.

Key words: Modal analysis; state space; vibration characteristics

近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，模态分析得到了很快的发展。

机械、电力、建筑、水利、航空、航天等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械传递函数。用模态分析理论通过对试验传递函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱[1~2]。

路面不平、发动机的运转和高速行驶时的风阻等是引起汽车车身振动的主要振动源。车身的振动将带来噪声，影响乘员的乘坐舒适性，严重时振动会造成结构的共振或疲劳，从而破坏结构。该文利用有限元法对货车车架结构（含有车头）进行模态分析，研究车架的振动模态[1,3]。并结合SISO理论进一步计算出模型各部件的动态响应，较真实地描绘出动态过程，为汽车的动态设计提供方便有效的工具。

图4各模态对系统的贡献

本系统假设输入幅值Umax=100g，脉宽为0.002s的正弦加速度输入。可求得车架Z向各模态对系统的贡献如图4所示。由图4和表1分析易知，SISO系统求得的Z向各阶模态结果与Ansys分析结果相一致，并且第二阶模态（w2=33Hz）影响最严重，其中图5为第二阶模态的位移分布图。图5第二阶模态的位移分布图

通过SISO系统，可以实时监测由于车架振动对车头的影响。车头底部随时间的振动如图6，随着时间增长，振动逐渐消去，0.3s后振动基本消除掉。

对某货车车架（含车头）进行了有限元模态分析,并结合SISO状态空间系统理论，计算和监测其在车头底部Z方向自由状态下的振动响应特性，为车架的设计提供理论依据。利用有限元模型对车架进行模态分析,对于提高汽车的局部刚度和动态特性、优化车架结构、缩短产品开发周期、节省开发费用具有重要意义。

该文论述的方法，从理论上讲，与直接使用Ansys的瞬态模态叠加分析法基本一致，而计算效率更高。同样，证明本方法在振动模态方面适用的广泛性和适用性。