文档介绍：冷凝器振动破坏问题的结构动态特性分析 2006 LMS 首届用户大会论文集
冷凝器振动破坏问题的结构动态特性分析
梁建永张雨赵永宏
中国第一汽车集团公司技术中心
摘要:结构动态特性分析用于确定部件的固有频率和振型,这是衡量结构承受动态载荷特性的重要参数,使设计人员
可以避开这些频率或最大限度地减小对这些频率的激励,从而消除过度振动和噪声,提高部件的动态性能,延长部件的使用
寿命。
本文针对某商用车冷凝器经常出现的固定铰链破坏问题进行研究,首先利用LMS模态试验仪对冷凝器进行了自由模态
试验;然后对冷凝器建立了有限元模型并进行结构动态特性分析,通过反复地细化冷凝器模型,使计算结果与试验结果达到
了很好的吻合;并进行了冷凝器振动破坏试验,进一步验证了分析结果的正确性;最后提出了改进结构动态强度的方案,为
以后相关模型动态特性的预测提供了很好的方法,并为进一步改进设计提供理论依据,有着广泛的理论指导意义和实际应用
价值。
关键词:动态特性、模态分析、频率响应分析
1 前言
汽车在使用过程中,由于受到地面激励的影响,冷凝器完全处于振动状态。这些振动会导致冷凝器使
用寿命降低甚至发生断裂破坏。因此,需要研究冷凝器的结构动态特性,合理分配振动频率,避开共振频
率区域,提高冷凝器的使用寿命。
本文针对某车型冷凝器固定铰链振动破坏问题进行分析,介绍了解决结构动态特性问题的模态分析和
频率响应分析的基本方法和相关流程,并通过试验对分析结果进行验证。通过动态特性分析,找到了结构
破坏原因,并提出了改进结构动态强度的方法。
2 控制结构动态特性的基本方法及流程
汽车的动态特性不仅直接影响汽车的运行平稳性,对车辆本身的结构强度、疲劳破坏亦至关重要。有
些汽车在结构设计时强度和刚度指标均达到要求,但运行不久便出现断裂破坏。通常的处理方法是哪个部
位断裂,就在哪里加强,但结果往往是自重及成本都增加了,而问题却不能得到很好地解决。
在处理结构的振动问题时,必须对其动态特性有全面的了解。结构的动态特性通常用各阶模态参数(模
态频率,模态振型及模态阻尼)来描述。采用模态分析和频率响应分析技术,对汽车的动态特性进行分析,
可以很好的解决结构振动问题。
模态分析
结构系统的各种动力响应都可用固有模态进行组合。固有模态分析的结果是多种动态行为的判据,也
是进一步分析(如瞬态分析,频域响应分析,随机振动分析)的基础数据。所以,固有模态分析可以说是
所有动态分析的基础。
对于一般多自由度的结构系统而言,任何运动皆可以由其自由振动的模态来合成。当结构以某种模态
做振动时,其模态矢量是一定的,若以若干模态合成全系统的运动,可以大大减少问题的阶次。
下面将简要介绍动力学问题的基本方程,特征值问题定义及其提取方法。
动力学系统方程
任何结构系统的运动,均可表示为内力、外力和惯性力的平衡方程组:
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[]{}+ []{&&& }+ [ ]{ }= { ( )}+ { }+ {QNtPuKuCuM } (2-1)
其中,[M ]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{ (tP )}为外力函数