搜索一個簡單的汽車系統如圖 7-2 所示,若將其處理成平面系統,可以由車身(梁)、承重。前后支撐組成 0 汽車懸架振動系統可以簡化成由以下兩個主要運動組成:運動體系在垂直方向的線性運動以及車身質量塊的旋轉運動,對該系統進行模態分析。模型中的各項參數如表7-1 所示,為與文獻結果進行比較,這里采用了英制單位。
解答 計算模型如圖 7-2(b)所示。
【技術篇】汽車懸掛系統的振動模態分析
2017-03-23 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
這里將車身簡化為梁,僅起到連接作用,這里設定不考慮梁的質量對振動性能的影響,因此需將密度設定為零即可,但在建模時需要輸入梁的各種參數(包括材料以及幾何參數)。
實際上,可以將車身梁的彈性效果通過質量塊的垂直運動及旋轉運動來等效,質量塊的轉動慣性矩為Izz=m?r2,r取為4ft,經計算為Izz=16001b?sc2ft。可以看出所采用的平面簡化模型僅有兩個自由度(梁單元由于取密度為零,將僅起連接作用)。
采用 2D 的計算模型,使用梁單元 2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)來等效車身,使用彈簧單元 Spring-Damper Elements (COMBIN14)來等效車體的前后懸架支撐,使用質量塊單元 Structural Mass Element (MASS21)來等效車身質量。
建模的要點:
(1)首先定義分析類型并選取3種單元,輸入實常數;
(2)建立對應幾何模型,并賦予各單元類型對應各參數值;
(3)在后處理中,用命令< *GET >來提取其計算分析結果(頻率)。
(4)通過命令< *GET >來提取模態的頻率值。
最后將計算結果與參考文獻所給出的解析結果進行比較,見表 7-2。
表 7-2 ANSYS 簡化模型與文獻的簡化模型解析結果的比較
給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過程如下
進入 ANSYS (設定工作目錄和工作文件)
程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory(設置工作目錄) → Initial jobname:Vehicle(設置工作文件名): →Run → OK
設置計算類型
ANSYS Main Menu:Preferences… → Structural → OK
定義單元類型
ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Element Type→ Add/Edit/Delete...→ Add…
→ Beam: 2delastic 3→ Apply(返回到 Library of Element 窗口→ Combination: Spring-damper 14 → Apply(返回到 Library of Element 窗口)→Structural Mass: 3D mass 21 →OK(返回到 Element Types 窗口)→選擇 Type2 COMBIN14 單擊Options… →K3 設定為2-D longitudinal →OK(返回到Element Types窗口→選擇Type3 MASS21 單擊 Options…→K3 設定為 2-D w rot inert→OK→ Close
定義實常數
ANSYS Main Menu: Preprocessor→ Real Constants… →Add/Edit/Delete...→Add… → 選擇 Type 2COMBIN14 → OK → Real Constants Set No.: 1(第1號實常數), K:2400(前懸架支撐的彈簧系數 k1 =2400)→ Ok(返回 Real constants 窗口)→ Add…→ 選擇 Type 1 BEAM3→ OK → Real Constants SetNo.:2(第 2 號實常數)AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁單元參數,可以為任意值)→ OK → Add…→ 選擇 Type 3 MASS21 → OK → Real Constants Set No.: 3(第 3 號實常數), MASS:100,,IZZ:1600(質點的實常數)→ OK → Add… →選擇 Type 1 BEAM3 → OK → Real Constants Set No.: 4(第 4 號實常數) AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁單元參數,可以為任意值) → OK → Add…→ 選擇 Type 2COMBIN14→ OK → Real Constants Set No.: 5(第 5 號實常數), K:2600(后懸架支撐的彈簧系數 k2 =2600) → Close (關閉 Real Constants 窗口)
定義材料參數
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models →Structural →Elastic →Linear → Isotropic → input EX: 4E9, PRXY:0.3(定義泊松比及彈性模量) → OK, ,Density (定義材料密度)→ DENS:0,→OK →關閉材料定義窗口
構造車體模型
生成節點
ANSYS Main Menu:Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Nodenumber :1 ,X ,Y ,Z Location in active CS :0 ,0 ,0 Apply → 同樣輸入其余 4 個節點坐標(最左端為起始點,坐標分別為 (0 ,1 ,0 )、(4.5 ,1 ,0 )、(10 ,1 ,0 )、(10 ,0 ,0 )→OK
生成元素并分配材料類型、實常數
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes → Type2 COMBIN14 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→ Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點擊 1,2 號節點,生成第1個單元 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes →MAT,1 , TYPE,1 Beam3 ,REAL,2 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點擊 2,3 號節點,生成第 2 個單元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes→ Type3 MASS21 REAL,3→ OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點擊3號節點,生成第 3 個單元
ANSYS Main Menu: Preprocessor→Modeling → Create → Elements → Elem Attributes→ Type1 BEAM3 REAL,4→ OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes→ 點擊 3,4 號節點,生成第 4 個單元
ANSYS Main Menu: Preprocessor→Modeling → Create→ Elements→ Elem Attributes → Type2 COMBIN14 REAL,5 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered →Thru Nodes → 點擊 4,5 號節點,生成第 5 個單元
模型加約束
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply →-Structural → Displacement →On Nodes→選取 1,5 號節點→ OK → 選擇 Lab2: UX ,UY(施加 X、Y 方向的位移約束) → Apply → 選取 3 號節點→OK →選擇 Lab2: UX (施加 X 方向的位移約束) → OK
計算分析
ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Modal →OK
ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Options →[MODOPT] Block Lanczos, No. of modes toextract: 5 Expand mode shapes: Yes, Number of modes to expand:0→ OK→ 彈出 Block LanczosMethod 窗口中:Start Freq :0.001 , End Freq :100 → OK
ANSYS Main Menu:Solution → Solve → Current LS → OK
計算結果
ANSYS Main Menu:General Postproc → List Results → Detailed summary(讀取模態頻率)
退出系統
ANSYS Utility Menu:File → Exit → Save Everything → OK
解答:完整的命令流如下
/PREP7 !進入前處理
ANTYPE,MODAL !設定為模態分析
MP,EX,1,4E9 !定義 1 號材料的彈性模量
MP,DENS,1,0 !定義 1 號材料的密度,設置為零,則材料對振動不起作用
MP,PRXY,1,0.3 !設定 1 號材料的泊松比
ET,1,BEAM3 ! 選取單元類型 1(梁)
ET,2,COMBIN14,,,2 ! 選取單元類型 2(彈簧)
ET,3,MASS21,,,3 ! 選取單元類型 3(質量塊), 設置 KEYOPT(3)=3
R,1,2400 ! 設定實常數 No.1,前懸架支撐的彈簧系數 k1 = 2400
R,2,10,10,10 ! 設定實常數 No.2,梁單元所需要的參數(這里可以設定為一個任意值)
R,3,100,1600 ! 設定實常數 No.3,MASS=100, IZZ=1600,當 KEYOPT(3)=3 時
R,4,10,10,10 ! 設定實常數 No.4,梁參數(任意)
R,5,2600 ! 設定實常數 No.5,后懸架支撐的彈簧系數 k2= 2600
N,1 ! 生成節點 1
N,2,,1 ! 生成節點 2
N,3,4.5,1 ! 生成節點 3
N,4,10,1 ! 生成節點 4
N,5,10 ! 生成節點 5
TYPE,2 ! 設定彈簧單元
E,1,2 ! 生成前懸架支撐(彈簧單元)
MAT,1 ! 設定為材料 No.1
TYPE,1 ! 設定單元 No.1,即梁單元
REAL,2 ! 設定實常數 No.2
E,2,3 ! 生成前車體(梁單元)
TYPE,3 ! 設定質量塊單元
REAL,3 ! 設定實常數 No.3
E,3 ! 生成質量塊單元
TYPE,1 ! 設定梁單元
REAL,4 ! 設定實常數 No.4
E,3,4 ! 生成后車體(梁單元)
TYPE,2 ! 設定彈簧單元
REAL,5 ! 設定實常數 No.5
E,4,5 ! 生成后懸架支撐(彈簧單元)
D,1,UX,,,5,4,UY ! 對節點 1 以及節點 5 施加 UX 以及 UY 固定的位移約束
D,3,UX ! 對節點 3 施加 UX 固定的位移約束
FINISH !結束前處理
/SOLU !進入求解模塊
MODOPT,LANB,5,0.001,100 !設定 LANB 方法求解,可求 5 階,頻率范圍 0.001~100
SOLVE !求解
*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ !提取第 1 階模態共振頻率,并賦值給參數 FREQ1
*GET,FREQ2,MODE,2,FREQ !提取第 2 階模態共振頻率,并賦值給參數 FREQ2
*STATUS !列出所有參數的內容
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