固有頻率在有限元中的應用

1、汽車作為現(xiàn)代交通和代步工具， 已不僅僅局限于整車的安全性， 對乘坐舒適性和行使平穩(wěn)性 的要求也越來越高。 輪轂的固有頻率（固有頻率及振型）與路面載荷的關聯(lián)作用是產生路面噪 聲和振動的重要影響因素。 因此，控制輪轂的固有頻率， 特別是固有頻率在合理的取值區(qū)間 是汽車整車廠和配套供應商共同關注的問題。傳統(tǒng)的車輪設計只考慮車輪的強度，只要滿足沖擊、彎曲疲勞和徑向疲勞 試驗的要求即可，而車輪的固有頻率卻幾乎沒有考慮。當車輪與整車發(fā)生共振時，對整車行駛的平穩(wěn)性將產生很大的影響，會因此產生振動，不但影響乘坐的舒適性，而且還會對整車產生破壞性損傷?，F(xiàn)今許多汽車廠越來越重視的車輪固有頻率研究，與車輪剛性一樣，

2、 是車輪本身固有的特性，可以通過有限元分析與實測得到。圖寵應數學三堆攜型1車輪固有頻率的計算方法對于輪轂的固有頻率，通常主要關心的是輪轂的輪輞和輪輻模態(tài)的固有頻率。作為車輪本身固有的特性，車輪的固有頻率和振型可以通過儀器檢測和有限元分析得到。在設計時對車輪的固有頻率進行有限元分析，根據測定條件建立相應的分析模型，施加相應的約束， 可以很快算出車輪的固有頻率和各階振型。通過研究表明影響車輪固有頻率主要因素有：材料（彈性模量和密度）、約束情 況（有約束和無約束）、結構等。通過改善工藝條件，可以適當改善材料的彈性模 量和密度，從而改變車輪的固有頻率和振型。但是材料性能的提高畢竟是有限的。在材料性能不

3、變的前提下，改變車輪的結構，可以有效改善車輪的頻率和振型。下面是一個車輪的有限元分析過程?；静襟E和其他試驗的有限元分析是一樣的要求： 前處理（劃分網格、施加邊界條件）。計算，后處理（各階振型模態(tài)的判讀、固有頻率值的判讀、 輸出）第一步：建立數學三維模型。在I-DEAS軟件的仿真模塊中，按照相應的要求，對模型劃分網格（如圖1），網格質量檢查無誤后，可以進行下一步工作。第二步：施加邊界條件。I-DEAS軟件中的固有頻率計算時，只設定邊界條件即可。約束參照試驗時的條件，保持法蘭面固定約束。施加邊界條件后的效果如圖2所示.第三步：建立邊界條件集。邊界條件施加完成后，建立邊界條件集，將約束做到邊界條

4、件集中，后續(xù)的結算就以此邊界條件集為基礎。第四步：建立有限元分析解算集。以邊界條件集為基礎，建立解算集。解算集中的內容 包括：指定解算振型階次、指定輸出項目（應力、應變、位移等項目）。建立解算集后，就可以進行有限元分析的計算了。如圖3 所示,計算出各階固有頻率的模態(tài)和頻率值，計算結果：輪輞固有頻率 433 . 9 Hz，面外扭曲固有頻率為 527 Hz。 客戶要求面外扭曲固有頻率為480 Hz，判定結果合格。對于車輪固有頻率的振型，一般情況下只考慮前4階，即輪輞和輪輻發(fā)生明顯位移的模態(tài)。頻率值也參考此4階模態(tài)。圈3車乾的有瑕元分析結具2固有頻率分析結果與實測結果對比表1是我公司為國內某汽車廠配

5、套開發(fā)的幾款輪型的固有頻率分析結果與實測結果的對比。對以上數據進行相關性分析，分析結果與實測結果的相關性在96%以上，如圖4所示。即分析的準確度很高，可以滿足在開發(fā)階段，對車輪的優(yōu)化設計進行指導的要求。000700y-O.9338xR2 = 0.8676BOO500400300Y=96. 9%400500圖*戴握的相關性000M or A3總結按照此方法計算車輪的固有頻率值簡便易行，與實際車輪的裝配使用狀態(tài)吻合。對于有限元分析，可采用現(xiàn)有軟件，與剛性分析、強度分析可共用一套軟件，無需另外購買即可及時準確地為車輪優(yōu)化設計提供合理的建議。*1固有頻畢分析與實測結果對比/血卻客戶要求分氏處黑囪4結頤1KIM SIDE418. 8432435.3RIM SIDE3d2346340DISK SIDE3603904163DISK SIDE4004173904DISK SIDE4805274845RIM SIDE儷476DISK SIDE4305294776KIM SIDE400445443.6TW7T目前，德國、美國、日本、法國等世界上主要的汽車廠都對車輪的固有頻率提出了要求。 同時，國際上的車輪生產廠商通過對車輪的進一步研究，固有頻率已經成為車輪的重要性能指標。我公司2005年