儀表板橫梁模態(tài)有限元分析
宋起龍
東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 武漢 430058
摘要:本文通過使用有限元軟件HpyerMesh對(duì)乘用車儀表板橫梁實(shí)行了模態(tài)分析,得到了儀表板橫梁的一階模態(tài)頻率。通過與設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，提出了方案的改進(jìn)建議刊苍，通過再次分析得出，新方案完全可以滿足使用要求濒析。
關(guān)鍵詞: 優(yōu)化正什，儀表板橫梁，模態(tài)
1 概述
儀表板橫梁是汽車上的一種重要的承載機(jī)構(gòu)号杏，主要安裝汽車儀表婴氮，安全氣囊，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等盾致，汽車在行駛的過程中主经，本身受到的沖擊振動(dòng)較大，為了避免儀表板橫梁與車身產(chǎn)生共振作用庭惜，必須對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行模態(tài)分析仇钞，
在設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致零件的局部設(shè)計(jì)不夠合理籽钝，從而導(dǎo)致模型不能滿足模態(tài)要求毯甘。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，CAE技術(shù)日益成熟航赦，各種仿真方法沙书，例如：有限元法，多體動(dòng)力學(xué)犹狮，流體等技術(shù)优学，在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中大量應(yīng)用，在設(shè)計(jì)工程師完成初步的設(shè)計(jì)后熔徊，可以進(jìn)行虛擬的產(chǎn)品試驗(yàn)烘牌，檢驗(yàn)零件強(qiáng)度郑迅，剛度等是否達(dá)到目標(biāo)值朽晓。如果產(chǎn)品不能滿足要求撮点，則依據(jù)分析結(jié)果，可以提出優(yōu)化建議方仿，從而可以大大縮短實(shí)物試驗(yàn)周期固棚，降低成本費(fèi)用，較好的提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量仙蚜。
圖1是汽車儀表板橫梁此洲、轉(zhuǎn)向管柱總成各組成部分。
2 有限元模型的建立
首先本文模型的建立通過Catia建模后導(dǎo)入有限元分析軟件HyperMesh中委粉，導(dǎo)入的圖形一般要進(jìn)行修正處理呜师，幾何模型不等于有限元模型，需要對(duì)幾何模型進(jìn)行幾何清理贾节，才能生成準(zhǔn)確的有限元模型汁汗。本文中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在建立模型的過程中栗涂，為了保證分析精度和縮短分析時(shí)間知牌，采用大小為3*3的尺寸建立二維單元，在此基礎(chǔ)上生成實(shí)體單元斤程。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部具有的安全氣囊采用質(zhì)量點(diǎn)的形式模擬角寸。為了提高模態(tài)分析的準(zhǔn)確性，儀表板橫梁安裝于部分白車身中忿墅，在橫梁的兩端和下支架與白車身進(jìn)行固定叁席。同時(shí)，在建立模型的過程中在摔，不同的車型儀表板橫梁周邊連接件也不相同骏疆，本文分析的模型中，制動(dòng)踏板和離合器踏板同時(shí)與白車身和橫梁相連唤吐。
模型中要保留與轉(zhuǎn)向機(jī)相連的上節(jié)臂和下節(jié)臂潜佑，兩者之間的十字鉸節(jié)采用共節(jié)的Beam單元模擬，分別要釋放Beam單元兩端的軸向旋轉(zhuǎn)自由度诫幼，采用這種方式模擬可以使模型更加準(zhǔn)確镐准。
模型中使用的材料為合金鋼，材料的彈性模量為1.7* E5MPa翅殃，泊松比為0.3诈金。
所建立的儀表板橫梁模型如圖2所示。
3 理論依據(jù)
儀表板橫梁模態(tài)分析主要考慮一階模態(tài)頻率臊娩，汽車在怠速的過程中拐棺，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率一般和本身的氣缸數(shù)和沖程數(shù)有關(guān)，對(duì)于一般4缸4沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)其怠速頻率可以按以下公式進(jìn)行計(jì)算：
f=2*4*800/60*4=26.7Hz
為了防止儀表板橫梁發(fā)生共振框全，一階模態(tài)一般要求要高于怠速模態(tài)3Hz左右察绷，即在本文中儀表板橫梁的一階模態(tài)要高于30Hz干签，即可以滿足使用要求。
4 邊界條件的施加
在模態(tài)分析的過程中拆撼，約束方式和模型的重量對(duì)分析結(jié)果影響較大容劳，所以，要對(duì)模型施加準(zhǔn)確的邊界條件闸度。本文截取白車身的部分模型竭贩，在模型的邊緣處進(jìn)行全約束，在下節(jié)臂與轉(zhuǎn)向機(jī)連接處為自由狀態(tài)莺禁。
5 分析計(jì)算
通過分析留量，得出儀表板橫梁帶白車身的模態(tài)分析情況，如圖4和圖5所示哟冬。
圖中儀表板橫梁的一階模態(tài)為29.6Hz肪获，一階振型為垂向擺動(dòng)，二階振型為水平擺動(dòng)柒傻。為了進(jìn)一步提升儀表板橫梁的模態(tài)孝赫，本文對(duì)設(shè)計(jì)方案提出了改進(jìn)建議。
6 設(shè)計(jì)優(yōu)化
儀表板橫梁為圓筒形梁藻清，從分析數(shù)據(jù)中岗制，可以得出橫梁的厚度對(duì)模態(tài)的貢獻(xiàn)量較多，本文主要從以下兩個(gè)方面提升設(shè)計(jì)分析數(shù)據(jù)诗差。一 將儀表板橫梁由之前的厚度
通過進(jìn)一步分析得出剪碱，改善后的模型模態(tài)有所提高，一階模態(tài)為31.2Hz延幻，振型為垂向擺動(dòng)穆递。二階模態(tài)為35.5Hz，振型為水平擺動(dòng)林品，改善后的模型完全可以滿足使用要求词惭。
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The Modal Analysis of the CCB
Song Qilong
Abstract: By using HyperMesh, validate theCCB modal, find out the first frequency .Through contrast the target of the judge，raise the improvemen of the model. validated again. the results indicate that the modified shell can satisfy the requirments.
Key words: Optimization CCB Modal
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