副车架模态分析

孟爱妮

摘 要：副车架作为汽车上的重要承载部件，应具有足够的强度和适当的刚度，为了提高整车的轻量化水平，还必须要求副车架质量尽可能的小。在对副车架进行轻量化设计之前，需要对原始副车架结构进行模态分析，结合副车架的结构特点和使用工况，对副车架的轻量化潜能做出评估，然后再进行下一步的轻量化设计。

关键词：副车架；有限元；模态分析

引言：在对副车架进行轻量化设计之前，需要对原始副车架结构进行模态分析，结合副车架的结构特点和使用工况，对副车架的轻量化潜能做出评估，然后再进行下一步的轻量化设计。所以对原始结构副车架的模态分析就尤为重要，其分析的准确性将直接影响到副车架轻量化设计的合理性。

一、有限元模型的建立

副车架结构属于板材冲压件，所以采用二维壳单元进行网格划分。通过对模型的简化处理，网格划分后副车架有限元模型如图1所示。

完成了对副车架各零件网格的划分和连接工作后，需要对各零件赋予材料特性和单元属性。原始副车架零件主要采用的是高强度钢SAPH440，具体材料特性见表1。

为了保证副车架总成与整车其他总成及零部件之间的协调和装配关系，依据副车架在车上的安装及载荷传递情况，确定副车架三维模型的硬点，作为副车架设计控制点和有限元分析的加载位置，副车架设计硬点如图2所示。在有限元分析的过程中副车架加载点为1、3、5、7、9点，约束点为2、4、6、8点。

二、副车架模态分析

经计算分析，与前车架结构有关的模态激励频率如表2所示：

副车架的模态特性可以通过副车架有限元模型计算获取，有限元模型基于原车型CAD模型。利用Nastran2005对副车架进行自由模态分析，模态频率及模态振型如表3所示：

根据HyperView后处理，得到副车架结构的前六阶模态振型图，如图3—8所示：

根据模态分析结果可以看出，副车架在400Hz以下的自由模态没有超过十阶，并且平滑连续没有局部断点，同时各阶模态频率之间间隔都大于20Hz， 满足设计的基本要求。副车架一阶弯曲频率和发动机扭矩脉动频率具有相同的自由度，因此其模态频率需避开激振频率10%以上，以免引起共振，依据分析结果副车架一阶弯曲频率211Hz，发动机扭矩脉动频率25～180Hz，达到避开共振频率10%以上的一般要求。

三、结论

在后期对副车架进行模态灵敏度分析及优化设计时，应该着重考虑调整前车架的一阶扭转和一阶纵向弯曲频率在合适的水平，并进行前后的对比分析，这也是对原设计进行模态计算的一个重要原因。