CAE技术在汽车行业的结构动力学分析与仿真应用

 深圳市有限元科技有限公司是一家以计算机辅助工程cae为主业，以工程仿真软件开发为核心，集cae咨询、cae培训、cae软件研发与销售为一体的高科技企业。目前已为全国超过500家，涉及航天、汽车、机械、电子、医疗等各个领域的制造企业提供优质服务。如有业务的需要请联系电话：13632683051，咨询QQ：4006046636。在汽车行业，从最初的线弹性部件分析到汽车结构中大量的非线性问题分析，到现在汽车疲劳寿命分析、NVH分析、碰撞模拟等，有限元科技CAE应用项目几乎可以涵盖所有环节。

 迄今为止，有限元科技已为汽车行业客户提供过多项CAE分析，今天小编就和大家分享一下汽车结构设计中的结构动力学分析。

 汽车是运输机械，其工作过程总是受到随时间而变化的载荷作用。当动载荷较小时，可忽略不计，只需进行静态分析。若所受动载荷较大，或者虽然不大，但作用力的频率与结构的某一固有频率接近时，都可能引起结构共振，结构将产生强烈的振动，从而引起很高的动应力，造成强度破坏或产生不允许的大变形，破坏汽车的性能。因此必须对汽车的结构进行动力学分析。

 当汽车因为共振而引起局部的破坏和大变形时，我们一般采取局部加强的措施加以缓解，但这不能从根本上解决问题，时间一长还会造成疲劳破坏。所以要想彻底解决此类问题就要避开共振。

 避开共振有两种方法：一是改变车身结构的固有频率；二是改变激振源的固有频率。一般来说激振源的固有频率是固定的，很难改变。所以大都通过改变车身结构来改变车身的固有频率，从而达到避开共振的目的。

 不同于静力分析，结构动力学分析用来研究变化载荷对结构或部件的影响，同时考虑阻尼及惯性效应的作用，这样也更能真实地模拟汽车的使用情况。

 汽车的结构动力学分析主要包括模态分析、强迫振动、瞬态响应、随机振动，具体到分析内容则有整车操纵稳定性分析、悬架和转向系统动力学仿真、连杆机构多体动力学分析、发动机模态分析、刹车过程分析、轮胎滚动分析等。

 以下为汽车研发仿真应用中的四种动力学分析：

 模态分析

 用于确定结构的振动特性，即固有频率和振型。在承受动态载荷的结构设计中，固有频率和振型是重要的参数。模态分析也是其他动力学分析前期必须完成的环节。

 举例：如何避免汽车尾气排气管装配体的固有频率与发动机的固有频率相同？

 瞬态分析

 用于确定结构在受到冲击载荷时的受力特性。

 举例：怎样确保汽车在受到撞击时的安全？

 谐响应分析

 用于确定结构对稳态简谐载荷的响应。

 举例：如何确定压缩机、电动机、泵、涡轮机械等旋转引起的轴承、支座、固定装置、部件应力？

 谱分析

 用于确定结构在受到动载荷或随机载荷时的受力特性。

 举例：如何确定汽车在坑洼路面上行驶时悬架结构的受力？

 在这里以汽车底盘结构的动态特性分析为例：

 1、其主要作用

 （1）对车架的动态特性进行设计，有利于为降低车辆的振动，改善汽车的工作舒适性、乘坐舒适性、行驶安全性都具有重要意义。

 （2）当汽车在不同道路上行驶时，若所受动载荷的频率与某些结构的固有频率接近时，结构将产生强烈的振动，从而引起很大的动应力，造成早期疲劳破坏或产生不允许的变形。

 （3）为了在汽车使用中避免共振、降低噪声、确保安全可靠，需要知道结构振动的固有频率及其相应的振型。

 2、仿真分析步骤

 （1）结构的振动模态特征、频响函数的分析。

 （2）结构的有限元模型建立、参数确定。

 （3）振动模态特征、振动响应的有限元仿真计算分析(弯曲振动、扭转振动和弯扭耦合振动)。

 必要时用子结构法和模态综合法进行分析。

 （4）结构动态优化设计（振动特征、结构参数的优化）。

 （5）结构的动态响应试验分析。

 有限元科技技术通过有限元分析方法对汽车车身结构进行动力学分析，从而为解决车身结构的动力学问题和改进设计提供可靠的依据。

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