基于模态频响的某支架振动强度分析研究
0. 前言
在实际工程中,许多的支架出现强度问题,可能会涉及静强度或动强度,特别是复杂的路面,像石块路、搓板路等,动强度问题更为突出,由于是路面引起的结构件共振进而出现强度问题。
1. 动强度概述
动强度研究内容包括结构人动力特性(如固有模态、频率及阻尼等),机构在动载荷作用下的应力与变形等响应。如某一油瓶支架安装在车架上,当整车经过坏路面时,路面的激励通过轮胎、悬架、车架等传递给油瓶安装支架;若支架系统与路面某一激励频率共振,此时容易导致支架断裂破坏。所以此时通过施加实际的路谱进行动强度校核十分必要,在前期若没有实际路谱,也可以采用常规方法进行强度校核及优化改进。
2. 案例实战
如某一油瓶支架安装如下图1所示,包括安装支架、油瓶等,整个系统通过四个螺栓安装在车身上。
![](http://pic.ikafan.com/imgp/L3Byb3h5L2h0dHBzL2ltYWdlMTA5LjM2MGRvYy5jbi9Eb3dubG9hZEltZy8yMDIxLzAxLzI4MTAvMjE0MjEyNDIwXzFfMjAyMTAxMjgxMDQ5MDkyMw==.jpg)
图1 某油瓶支架图示
2.1 模态频率响应强度分析,分析载荷集主要包括激励载荷、路谱、结构阻尼、计算模态及采样频率等。
![](http://pic.ikafan.com/imgp/L3Byb3h5L2h0dHBzL2ltYWdlMTA5LjM2MGRvYy5jbi9Eb3dubG9hZEltZy8yMDIxLzAxLzI4MTAvMjE0MjEyNDIwXzJfMjAyMTAxMjgxMDQ5MDkyMjk=.jpg)
图2 计算模态设置图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图3 采样频率设置图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图4 系统阻尼设置图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图5 激励载荷设置图示
2.2 工况设置,如该支架安装在车身上,截取一部分车身或直接约束 安装点,建议截取一部分车身。将在采集的路谱施加在安装点处进行分析。
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图6 边界设置图示
2.3 求解参数设置,包括应力及位移输出、全局通用参数设置等。
2.4 结果读取,通过后处理读取动态应力结果。从分析结果可以看出,Y向最大动态应力为222MPa@25.6Hz,接近该材料屈服强度235MPa。
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图7 X向激励应力结果图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图8 Y向激励应力结果图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图9 Z向激励应力结果图示
2.5 结构优化,根据分析结果及受力形式进行如下优化,包括加强筋、安装孔间距及减重孔等。
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图10 优化前后方案图示
2.6 优化结果分析,通过优化,各方向最大应力下降明显,满足要求。
表1 优化方案结果对比
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图11 X向激励应力结果图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图12 Y向激励应力结果图示
![](http://n4.ikafan.com/assetsj/blank.gif)
图13 Z向激励应力结果图示
3. 小结
(1)通过进行振动强度分析,该支架在性能提升同时,整体减重5%,效果明显;
(2)从本案例可以看出,在考虑路面激励作用下的结构件强度问题,即从共振角度考虑,有些时候CAE分析结果对实际工程意义更大。