ANSYS在车架模态分析中的应用
基于Hypermesh和ANSYS的农用车车架模态分析
而 成 ，车架 长约 ６ ｍ，前 、后端 宽 ０ ． ７ ６ ｍ，由于纵 梁 中部所受 弯矩最 大 ，为使应 力分 布均 匀 ，纵 梁制
关键词
车架
有限元
Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ 模 态分析
０ 引言
车架 是整个 农用 车 的装配 基体 ，其作 用 主要是 支撑 和 连接汽 车 的各 个零 部件 ，承受 来 自车 内和 车
１ 车架有 限元法分析流程的确定
利用三维 Ｃ Ａ Ｄ软件 Ｕ Ｇ进行几 何建模 ，然后 另 存为 Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ数 据格 式导 入 到有 限元 软 件 中分 析 。 比 较 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ｓ ｈ和 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ两 种有 限元 软 件 ：Ａ ｔ ｍ ｒ 公 司的 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ｓ ｈ软件 前处 理功 能强 大 ，具有 很强 的 几 何清 理和 网格划分 功能 ，划分 网格 的质 量易 于控 制 ，便 于调整和修 改 ，但与 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件相 比在计 算 性能 和算法选择方 面有一定 的差距 ；而 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件
由于车架 的结 构较为 复杂 ，车架 的横梁 、纵梁
ＵＧ 软件 建 立 几何 模 型
是厚 度 较 小 的薄 板 构 件 ，可 以对 其 几 何模 型利 用
转换 Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ数 据 导 入
｛
Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ划 分 网格 及 优 化
ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ｓ ｈ的 Ｍｉ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ面 板 抽 取 中 面 ，ｃ ａ ｒ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ 单元类型选择 Ｐ Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ板 壳 单 元 ，车 架 的厚 度 在 ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ 中用数值 表示 ，以减 少划分 网格数 量 ，提 高计算 速度 。划分 网格 的单元形状 为 四边形 和三 角
基于ANSYS的汽车车架的建模与模态分析
强度影 响不大 ， 在计算模 型中予 以忽略。
单 位 采用 Ｋ ， ｇｍｍ，。值得 一提 的是 ， Ｎ Ｙ ｓ Ａ Ｓ Ｓ中有 一个 命令 ： ／ Ｕ ＩＳ 它仅仅 一个标记 的作用 ， ＮＴ ， 并无任何单位转换的功能。
１２选 择 实体 建模 环境 ．
车架有限元模 型建立之前 ， 需得到其实体模 型。 实体建模 方 式主要有 Ｃ Ｄ建模与 Ａ Ｓ Ｓ建模两种。 Ａ ＮＹ 一般情 况下 ， 首先采用
Ｚ Ｏ Ｇ Ｐ ｉｓ，ＨＡ ａ ，Ｕ ｕ － ａ ， Ｉ ｕ Ｈ Ｎ ｅ ｉ － Ｚ Ｏ Ｄ ｎ Ｓ Ｎ Ｘ ｅ ｙｎ ＷＥ ｎ Ｑ （ｈ ｎ ｏ ｇ ｃ ｎ ｅ＆Ｔ ｃｎ ｌｇ ｎｖｒｉ ， ｉｇ ａ ６ ５ ， ｈｎ ） Ｓ ａ ｄｎ ｉ ｃ Ｓｅ ｅｈ ｏ ｙＵ ｉ ｓ ｙ Ｑ ｎ ｄ ｏ ６ Ｃ ｉａ ｏ ｅ ｔ ２ １ ０
所示 ，以车架第 一横梁为 模参数 ；２ 选择建模 环境 ；３ 建立车架实体模 型 ；４ 建立车架 过拉伸和镜像 的方法建立。如图 １ （） （） （） 轴， 高度方向为 ｙ轴， 纵梁为 ｚ轴建 立坐标系 ， 计算 车架梁结构 有限元模型。
１１确定 建模 参数 ．
以某公司生产的 ＷＺ ０ ０ Ｋ汽车车架为研究对象 ， １ ６Ｐ 其基本 结构参数为 ： ６ ２ ｍｍ， ８ ０ 长 ５０ 宽 ０ ｍｍ， 大梁式 ， 前后 等宽 ， 七根横 梁， 、 纵 横梁 皆为槽钢的铆 接件 。由于车架附件对车架的刚度及
ANSYS在结构分析中的应用及与CAD的连接
1、设置激励源：根据工程实际情况，确定引起结构振动的外部激励，如风载、 地震作用等；
2、设定测量点：确定用于监测振动的位置或节点；
3、选择求解器：选择适合求解该问题的求解器，如直接求解器、模态求解器 等；
4、进行求解：设置相关参数，如求解时间、时间步长等，并启动求解过程；
5、结果后处理：当求解完成后，ANSYS将生成一系列结果文件，包括位移、 速度、加速度等响应数据。这些数据可通过后处理模块进行可视化处理和分析。
建模
在ANSYS软件中进行机械结构分析，首先需要对结构进行建模。ANSYS提供了 多种建模方法，包括实体建模、线建模、面建模等。在实体建模中，用户可以 通过拉伸、旋转、扫略等操作创建三维实体模型。对于复杂的三维模型， ANSYS还提供了自适应网格划分功能，可以根据模型形状自动划分出高质量的 网格。此外，ANSYS还支持直接导入CAD模型，方便用户快速进行结构分析和 优化。
分析流程
ANSYS软件中的机械结构分析流程一般包括前处理、分析计算和后处理三个阶 段。
前处理阶段主要是建立有限元模型，包括定义材料属性、设置接触条件、定义 载荷和边界条件等。在定义材料属性时，ANSYS提供了丰富的材料库，用户可 以根据实际需要选择相应的材料模型。
在设置接触条件时，需要确定各个部件之间的接触关系以及摩擦系数等参数。 在定义载荷和边界条件时，需要考虑各种外力、约束等对结构的影响。
4、电子设备：ANSYS可以分析手机、电脑等电子设备的结构和热性能，以提 高其可靠性和稳定性。
4、电子设备：ANSYS可以分析手 机、电脑等电子设备的结构和热 性能
1、几何建模：首先在ANSYS中创建桥梁的几何模型，该模型包括桥墩、桥面、 钢筋等组成部分。
2、材料定义：为桥梁的各个部分设定材料属性，如混凝土的弹性模量和泊松 比等。
车架的模态分析知识讲解
车架的模态分析Frame模型的模态分析班级：T943-1姓名：王子龙学号：20090430124Frame模型的模态分析T943-1-24王子龙20090430124一、模型问题描述1、如图所示1，机架为一焊接件，材料为结构钢，在两根长纵梁的八个圆孔内表面采用CylinderSupport约束，分析结构的前6阶固有频率。
2、在短纵梁2另一侧增加一短纵梁，使其于短纵梁1对称，分析新结构的前6阶固有频率，并与原结构对比。
短纵梁短纵梁图1 机架模型二、模型分析（一）无预紧力情况1、导入模型：打开ANSYS Workbench，从左侧工具栏中双击Modal（ANSYS），右击A3项，右键选择Import Gemetry→Browse，找到文件Frame.x_t点击打开，然后双击A4栏，打开Mechanical窗口。
2、施加约束：选择左侧结构树中的Modal，选择两根长纵梁的八个圆孔内表面，右键选择Insert→Cylindrical Support，如图2所示。
图2 八圆孔内表面施加约束3、在solution（A6）中插入Toal Deformation，点击Solve求解，求解结果如图3所示。
图3 无应力时的变形图及6阶频率（二）有预紧力情况1、回到Workbench界面，从左侧工具栏中的Static Structural(Ansys)拖至A4栏，如图4所示，双击B5栏，进入Mechanical窗口。
图4 拖拽Static Stuctual(ANSYS)到A42、按住“shift”键，选择A5分支中Cylindrical Support，右键选择Copy，右键单击B5项，选择Paste。
3、在Static Structual（B5）中施加载荷：选择焊接件底面insert→Force，Force=4000N，如图5所示。
图5 施加预紧力4、在Solution（B6）中插入Equivalent Stress，点击Slove求解，如图6所示。
基于ANSYS的副车架结构强度及模态分析
基于ANSYS的副车架结构强度及模态分析杨德胜; 蒋清丰; 刘庆; 李先彬; 饶志明【期刊名称】《《制造业自动化》》【年(卷),期】2019(041)009【总页数】3页(P12-14)【关键词】压裂车; 副车架; 有限元分析; 结构强度; 模态分析【作者】杨德胜; 蒋清丰; 刘庆; 李先彬; 饶志明【作者单位】四川宝石机械专用车有限公司广汉 618300; 斯伦贝谢科技服务成都有限公司成都 610200【正文语种】中文【中图分类】TE90 引言压裂车是将高压、大排量的压裂液压入地层裂缝，从而撑开地层将支撑剂挤入裂缝的主要设备，目前，压裂车已成为石油压裂所用的核心设备之一。
压裂车主要由运载底盘和台上设备（包含发动机、变速箱、压裂泵和散热器四大主件）所组成，中间通过副车架来连接。
在压裂车使用过程中，副车架得有足够的强度和刚度，才能承受所有台上设备由于不断振动所产生的应力影响。
因此，减小副车架的变形已成为压裂车设计时需要重点考虑的问题[1]。
压裂车副车架的结构强度是影响压裂车使用寿命的重要因素之一，吴汉川[2]等分析了衡梁数量对副车架承载能力的影响；高媛[3]，王旱祥[4]等通过分析提出了优化压裂车车架设计及上装布置的建议。
Liu J等[5]分析了主框架与副车架之间的连接器数量和位置对底盘承载能力的影响。
以上研究对现有压裂车副车架的结构强度分析较少，无法为副车架的结构优化提供理论依据。
因此，本文通过三维建模软件建立副车架的三维模型，并借助有限元分析软件对副车架的结构分析，查找薄弱环节，为后期有针对性的进行加强副车架结构强度、提高副车架的承载能力提供理论依据。
该研究的开展有效提高了副车架的实际应用，具有重要的实际意义。
1 有限元模型的建立根据对压裂车副车架结构进行分析与测量，并结合三维CAE软件建立了如图1所示的副车架结构模型。
由图1可知，该副车架主要由两根主梁和若干纵梁组成，发动机底座、变速箱底座、散热器底座和压裂泵底座等附属支架通过焊接与车架相连，副车架通过止推板与主车架连接。
模态论文
机械模态分析方法在汽车工程中的应用前言振动现象是汽车行驶中无法避免的问题之一。
而强烈的振动会造成结构的共振以及疲劳，从而引起结构破坏，引发安全问题，并且不合适的振动会对人的驾驶感受和乘坐舒适度引起极大影响，因此控制好汽车相关部件的振动不仅可以延长汽车的使用寿命，更可以使汽车的NVH性能得到大大提升，从而提高产品的市场竞争力。
模态分析是有效对汽车振动进行控制的手段。
为了避免类似共振、噪声过大等不良现象，确保汽车与传动系统路面激励等发生相互影响的可能性，从而可通过结构的合理设计避开共振频率。
本文即就汽车工程中运用模态分析方法对汽车设计进行预测指导性的作用进行一简要阐述。
1.基于Ansys软件的客车车架刚度及模态的分析与优化基于有限元法的车架设计流程为：根据设计任务书并参照同类车型车架确定初步的结构方案；建立车架的实体模型；对实体模型进行网格划分，建立车架的有限元计算模型（用于结构选型的概念性设计阶段，大多采用空间量单元模拟车架的纵横梁）；确定载荷和约束条件；计算车架的刚度、强度、振动模态等关键性能指标；分析计算结果，将其与设计要求对比，看是否符合要求；将初始结构参数作为设计变量，将一些关键性能指标作为状态变量，以质量最轻或体积最小为目标进行优化设计。
在对车架进行初步选型之后，为了后续的优化设计，必须对车架进行参数化建模。
选择合适的网格单元BEAM188号单元对车架模型进行网格划分，单元总数为312，节点总数为626，从而得到其有限元模型。
确定边界条件：车架刚度有很多种，其中最重要的是车架的弯曲和扭转刚度。
参照车架的刚度试验方法确定其边界条件。
其计算示意图分别如下：图1 车架弯曲刚度计算示意图图2 车架扭转刚度计算示意图求解结果与分析：用Block Lanczos法提取自由振动时车架的前五阶固有频率，频率范围为0.05~50Hz。
如表一:表一车架的前五阶固有频率并最终可求得改车架的弯曲刚度和扭转刚度，并与同类车架进行比较，分析其薄弱环节，以及对于整车的影响，进而对相关参数进行从新选择，优化车架设计，并最终设计出符合设计要求的最终选型，2.汽车驱动桥桥壳强度与模态的有限元分析驱动桥作为汽车四大总成之一，因位于动力传动系的末端，工作时它的受载情形相当复杂：在承受自身的减速器、差速器和半轴等组件重量的同时，同从动桥一起支承车架及其上的各总成质量；行驶时，还将承受由车轮传来的牵引力、制动力力、侧向力、垂向力并经悬架传给车架。
基于ANSYS汽车连杆的模态分析
基于ANSYS汽车连杆的模态分析摘要：振动现象是机械结构经常需要面对的问题之一。
由于振动会造成结构的共振或或疲劳，从而破坏结构。
所以必须了解结构固有的频率和振型，避免在实际工况中因振动因素造成结构的损坏。
模态分析主要研究结构或机器部件的结构特性，将得到结构的固有频率和振型，对复杂结构进行精确的模态分析，将为评价现有结构的特性特性、新产品和诊断动态性能的预估及优化设计，提供科学的依据。
关键词：ansys；汽车连杆；模态分析1引言汽车众所周知的最常用的交通工具之一，在整个汽车的复杂系统中，发动机就是其中最重要的之一，常常也称作汽车的心脏。
当汽车发动机工作时，活塞燃烧室产生的气体其爆炸力通过连杆传递给曲轴，曲轴带动飞轮转动从而将动力输出。
在这工作的过程中，发动机连杆在传递燃料爆炸作用力的同时也承受了最大最强烈的冲击力、动态应力，因此,连杆成为发动机动力学负荷最高的部件。
连杆是发动机传递力最重要的零部件之一，同时也肩负着传递力的方向的重任。
所以,汽车发动机连杆的质量和性能就直接关系到整个发动机工作的稳定性以及故障率。
利用有限元对汽车连杆零部件进行模态分析,有利于对连杆零部件更科学的使用。
2基本原理2.1ANSYS简介ANSYS软件是可以处理的分析类型：结构分析、热分析、电磁分析、流体分析、耦合场分析。
结构分析首先待求的自由度是位移，而其他量诸如应变、应力、反应力等均是通过位移值来得到的。
在ANSYS中，结构分析主要包括7种：静力分析、模态分析、谱分析、瞬态动力学分析、谐响应分析、特征屈服分析、专项分析。
而模态分析是本论文的着重应用，主要分析用于计算结构的自然频率和振型，用于解决实际生活中的机械振动。
2.2ANSYS模态分析简介结构动力学分析不同于静力学分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用效果。
模态分析是动力学分析功能的一种。
动力学分析是用来确定质量（惯性）和阻尼起重要作用的结构和构件动力学特性的技术。
车架的模态
价值工程0引言车架作为半挂车的关键部件，其结构必须有足够的静强度和刚度来达到其疲劳寿命、装配和使用的要求，同时还应有合理的动态特性来达到控制振动与噪声的目的。
在车架结构设计中，如果只考虑结构的静强度和刚度，很可能会在设计过程中造成车架局部结构的不合理，而导致半挂车在运行中产生共振，产生噪声。
模态分析作为动态分析的基础，是动态分析的重要内容。
对车架进行模态分析以掌握车架对激振力的响应，从而对车架设计方案的动态特性进行评价己经成为半挂车车架设计过程中必要的工作。
1车架的模态分析1.1建模CXQ9190型半挂车的车架主要是边梁式结构，由2根阶梯工字型纵梁和20根折弯件的横梁组成，纵梁和横梁上还不规则的分部着许多的电线安装孔和加强块。
车架结构复杂，但是根据圣维南原理，模型的局部细小变化和改动并不影响模型总的分析结果，因此建立车架有限元模型前对车架进行了一些简化[1]。
1.1.1部分离应力远的圆弧过渡简化为直角，工艺上需要的倒角、抜模斜度等都不予考虑，这样可以减少在这些区域上的网格划分的数量，提高计算速度；1.1.2车架上有些构件，如凸台、销孔、线路孔、吊环孔等，仅是为了满足功能要求而设置的对结构的强度没有很大的影响，可以忽略；1.1.3除去对车架结构应力分布不产生太大影响的工具箱和防护网等零部件[2]。
本模型采用solid92单元，网格划分采用ANSYS 软件自带的Mesh tool 工具，设置单元边长为30mm ，采用自由体划分。
车架主纵梁模型共化为196804个单元，396071个节点。
材料的属性为：材料的弹性模量E=2.1×1011Pa ；材料的密度为ρ=7.8×10-9t/mm 31.2加载及求解首先定义分析类型，分析选项，指定模态提取方法，然后定义主自由度，在模型上加载，指定载荷步选项，最后开始计算求解，退出求解器。
在典型的模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束。
如果在某个DOF 处指定了一个非零位移约束，程序将以零位移约束代替在该处的设置。
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模态分析报告
一．分析目的
图1
熟悉和掌握模态分析的理论及其分析方法，并能够解决工程中的一些问题。
（1）如图1所示，机器为一焊接件，在两根长纵梁的八个圆孔内表面采用Cylinder Support，分析结构的前6阶固有频率。
（2）在短纵梁2另一侧增加一短纵梁，使其于短纵梁1对称，分析新结构的前6阶固有频率，并与原结构对比。
二．建立实体模型
1. 题（1）的模型直接在GM模块中导入图1所示的模型。
启动DM，导入装配体模型。
单击File，在其下拉菜单中选择“Import External Geometry File…”,打开“Frame.x_t”，单击“Generate”。
即可导入现有模型。
导入的模型与题目的图相同。
2.题（2）的模型需要在所给模型的基础上进行冻结、切片、对称的操作。
I．首先在DM模块中，创建Plane4后，选择“Tools”，然后选择“Freeze”将整个模型冻结。
II．在如图2所示的平面上“Creat”-“Slice”，将模型分成三个“body”。
选取
三个“body”-“Form New Part”，形成一个整体。
图2
III．新建如图3所示的一个新的平面Plane5。
图3
IV．选择“Creat”-“body Operation”，相对于新建的平面将短纵梁1进行一个“mirror”
的操作。
即可得到需要的模型。
如图4
图4 三．有限元模型
1. 图1模型采用的单元大小、单元数和节点个数
三．对模型1进行网格划分
划分网格后为图5所示。
2. 图4模型采用的单元大小、单元数和节点个数
三．对模型进行网格划分
划分网格后为图6所示
图6
四．载荷与约束的施加
按照题目的要求，在八个圆孔内表面采用“Cylinder Support”。
图7
图7
五．计算结果
计算所得两个模型的固有频率如下：
模型1 模型2
1.图1模型1,3,4,6阶总变形与图4模型1,3,4,6阶总变形对比
两模型1阶总变形对比
两模型3阶总变形对比
两模型4阶总变形对比
两模型6阶总变形对比
模型1
模型2
六．分析与结论
1.共性：模型1和模型2，随着阶数的增大，各阶固有频率逐渐增大，同时，各阶
频率下的位移先减小后增大。
2.固有频率：两个模型相比较，加了一个短纵梁后，各阶固有频率比不加短纵梁前
要小，且对应各阶频率的差值是先减小后增加，且6阶时固有频率差值最大。
3.各阶频率下的位移：由求解结果可知，加短纵梁后，各阶固有频率下的位移，总
体上要比不加短纵梁的位移要小。
4.从振型来看，低阶时两个模型的差别不大，4、6阶时可以看出加了短纵梁后，长
纵梁和横梁始终处于一个很稳定的状况，特别是在6阶时，加了短纵梁的模型的位移主要集中在三个短纵梁；而没加短纵梁的模型，整个模型都发生了扭转，呈现一个十分不稳定的状况。