全地形四轮车结构振动特性实验与仿真

赵保龙

摘 要：利用有限元建模方法对全地形四轮车车架挂发动机结构特性进行了分析，对车架与发动机的连接方式进行了模式探讨。该建模方法对全地形四轮车的开发与设计具有通用性，节约了开发成本，提高了开发能力。

关键词：全地形车；车架结构；动态振动特性；四轮车

中图分类号：U467 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.017

1 车架结构振动特性分析

1.1 车架结构振动特性实验法分析

对车架利用实验法进行模态实验，其结果受测点分布的影响较大。测点布置原则为：在车架连接点、悬架支点、刚度变化明显位置布置测点，节点位置尽量不布置，测点布置尽可能均匀。根据实验数据可对测点灵活调整，保证实验数据的准确。在试验过程中，因为全地形四轮车布点数一般不高于100，为了对自由状态模拟，用软橡皮将车架悬挂起来，经过多次实验，在车架尾部选择激励点，对72个响应点进行了实测。受采集器通道的制约，测试要采用分组方法，从而确保实验的一致性，各组进行5次试验。为了防止信号受到噪声干扰，对响应信号与力信号分别加指数窗与力指数窗。

1.2 车架结构振动特性解析法分析

对结构振动特性采用解析法分析时，要借助有限元法。因为全地形四轮车车架由多种截面形态的钢管焊接而成，为了保证结构特性的准确表示，利用MSC.Nastran中的壳单元划分有限元网格。为了确保模型的可靠、准确，同时考虑计算效率，采用四边形4节点，全地形四轮车车架有限元模型，见图1.利用5 mm壳单元建模，包含57 104个单元和54 636个节点，泊松比为0.3，模型材料密度为7.83×103 kg/m3，弹性模量为2×105 MPa。

1.3 实验法与解析法对比

通过对以上2种方法的分析，对250和400全地形四轮车分析的结果如表1所示。通过2种方法结果的对比，显示二者的振型一致、频率接近，误差在允许范围内。同时，也证明了该建模方式的准确性较高，可在车架挂发动机结构动态特性分析中良好应用。

2 车架挂发动机结构振动特性建模分析

2.1 车架挂发动机结构振动特性实验法

在对测点布置时，需要通过多次预实验及频率测定，避免漏掉一些固有频率。与车架测点布置图相比，安装发动机后激励点增加到3个，发动机上测点增加到5个，总共77个响应点。试验方法与车架实验相同，最后都是利用模态置信准则与频响函数矩阵对模态参数进行检验。

2.2 车架挂发动机结构振动特性解析法

对发动机划分实体网格，构建发动机有限元模型，并与车架有限元模型连接；将发动机看作0维质量单元，与车架利用梁单元连接；将发动机看作0维质量单元，赋予转动惯量与质量，在悬挂发动机位置创建约束单元，包含多个约束单元，将多点约束单元利用beam单元和集中质量单元连接，实现对发动机与车架连接方式的模式。

在以上几种方法中，第一种采用对发动机直接建模的方法，但由于发动机结构非常复杂，所以，有限元建模难度也比较大；第二种方法属于拼凑法，由于发动机质心位置是未知的，只能凭空拼凑添加，所以该方法不具有适用性与统一性，对结构动态特性无法预测；对发动机惯性参数进行考虑，也能准确确定发动机简化后的位置，对实际情况下发动机与车架的连接能真实模拟。

2.2.1 发动机惯量测量

测量方法比较多，包含落体观测法、扭摆法、三维实体模型数值计算法等。本文采用模态实验频响函数中质量线对全地形四轮车动力总成惯性参数進行识别。

2.2.2 车架挂发动机振动特性模拟分析

对已经验证的车架有限元模型进行利用，在发动机悬挂位置创建约束单元，将多点约束单元利用beam单元与集中质量单元进行连接，对发动机与车架的连接方式进行模拟。在求解器中导入车架挂发动机有限元模型，即可得到解析结果。

对250和400型全地形四轮车车架挂发动机结构动态特性进行分析，结果如表2所示。由此可知，其振型一致、频率准确、误差满足要求，证明本组研究方法具有通用性。

3 结束语

本文所研究的建模方法对全地形四轮车结构振动特性分析具有准确性与通用性的特点，可提高产品的设计与开发水平。对全地形四轮车车架挂发动机结构在设计阶段的动态特性进行了准确预估，提高了产品设计质量。

参考文献

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[2]徐中明，余烽，汪先国，等.全地形车车架挂发动机结构动态特性建模方法[J].振动与冲击，2011，06（15）.

[3]余烽，徐中明，张志飞，等.全地形车车体结构动态特性有限元建模[J].机械设计与研究，2013，06（21）.

〔编辑：张思楠〕