轿车转向系统振动的CAE分析

论文摘要

随着计算机技术和数值分析理论的发展,CAE技术在现代汽车产品设计中扮演着越来越重要的角色,几乎贯穿了汽车设计的全过程,它是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。转向系统是汽车底盘中的一个重要部分,是驾驶员直接接触到的汽车部件,其性能影响到汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度等重要因素,且其对汽车NVH性能影响大。发动机怠速和路面不平度激励是导致转向系统振动的主要原因,严重影响车辆舒适性和平顺性,因其很容易引发驾驶员的驾驶疲劳,因此对行车安全影响较大。本文通过对影响转向盘振动的诸多因素逐一进行分析,根据多体系统动力学理论,利用ADAMS软件建立了某轿车的虚拟样机模型,以随机路谱作为系统输入,利用ADAMS仿真车辆转向盘垂直加速度响应在不同车速、不同路面等级下的变化规律,从减振角度分析,悬架刚度和阻尼等车辆参数变化对车辆转向盘振动的影响。结合先进的CAE分析技术,从隔振角度分析,引发该轿车转向系统共振的主要原因是转向系统的一阶固有频率与在怠速时发动机的激励相接近。通过Nastran优化设计,优化转向系统的支架厚度使其一阶固有频率达到35Hz以上,提高了系统固有频率,防止了怠速共振,改进后的转向盘振动达到了汽车舒适性的性能要求,从而达到了满意的效果。该研究不但可用于转向系统的开发和改进设计,对于其它汽车零部件的开发设计亦具有相应的理论参考价值和实际指导意义,并具有广阔的工程应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究思路和工作内容
• 第二章 基于 ADAMS 的系统建模与转向盘振动分析
• 2.1 整车模型的建立
• 2.1.1 多体系统动力学概述
• 2.1.2 MSC.ADAMS 分析软件简介
• 2.2 随机路面的生成
• 2.2.1 ADAMS 路面生成原理
• 2.2.2 随机路面的生成
• 2.3 随机输入路面转向盘振动仿真分析
• 2.4 转向盘振动对悬架刚度和阻尼的灵敏度分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 转向系统有限元建模
• 3.1 引言
• 3.2 有限单元法基本理论
• 3.3 有限元单元介绍
• 3.3.1 体单元介绍
• 3.3.2 壳体单元介绍
• 3.4 有限元软件介绍
• 3.4.1 HyperMesh 工具简介
• 3.4.2 PATRAN& NASTRAN 软件简介
• 3.5 建立转向系统有限元模型前考虑的主要问题
• 3.6 转向系统结构分析模型的建立
• 3.7 建模中关键技术问题的处理
• 3.8 模型的建模具体过程
• 3.8.1 建立转向系统三维 CAD 模型
• 3.8.2 CATIA 数模的导入、修整及重构
• 3.8.3 零部件网格划分
• 3.8.4 单元质量检查
• 3.9 本章小结
• 第四章 转向系统的模态分析
• 4.1 转向系统的模态分析的理论
• 4.2 模态提取方法
• 4.3 转向系统模态分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 转向系统支架结构优化设计
• 5.1 优化设计方法
• 5.2 优化模型的建立
• 5.3 优化结果分析
• 5.4 转向系统的强度校核
• 5.5 本章小结
• 第六章 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 硕士期间参加课题
• 攻读硕士学位期间发表的论文