车架有限元分析

式中no—参考空间频率

Gq(no)—参考空间频率no下的路面谱值

u—车速

f—输入的时间频率

将式(4)分别对时间求一阶导数和二阶导数则得时间频率下的不平度垂直速度的谱密度Gq(f)(单位:m2/s)和加速度谱密度Gq(f)(单位:m2/s3)与位移密度的关系：

据统计，我国路面的空间频率n在0.011~2.83(1/m)范围，在常用车速10-30 m/s，即36-108 km/h时，可以保证时间在频率范围f=0.33-28.3 Hz内。这个频率范围能把悬挂(车身)质量部分的固有频率11~16Hz和非悬挂(车轮)质量部分的固有频率I1-16Hz有效地覆盖在内。按此频率范围，代人(1)、(2)、(3)式计算，作为有限元计算的输入。

车架在凹凸不平的路面上行驶时，它的各个车轮所受的路面激励不完全相同，为了简化计算，将各个车轮所受的激励简化为同一个，即各个车轮的功率谱密度都相同。本文的功率谱密度是以车辆行驶在C级路面、时速45 km时的结果，利用ANSYS的谱分析功能进行车架的随机振动分析，采用的算法是模态叠加法。

图6至图9是车架典型部位在功率谱密度作用下的应力随频率变化的曲线。

从车架典型部位的应力随频率变化的曲线可知，车架大多数部位，在频率为5Hz和8Hz时，应力会发生突变，主要是因为车架的第七阶固有频率为8. 7392Hz，车架系统在路面不平度的作用下发生共振。由于路面不平度的激励频率大都集中在0-20 Hz之间，与车架固有频率祸合引起的共振属于低频共振，低频共振对车架振动的影响远远大于高频共振。引起车架乘坐舒适性的下降，此外，虽然车架的动应力不大，但突变严重，有可能成为车架疲劳破坏的原因之一。

4 结束语

本文通过有限元分析的方法，对引进车车架结构进行静力和动态性能分析，掌握其内在性能，达到消化、吸收国外先进技术并在此基础上进行自主创新设计的目的，该车架横梁的结构及其焊接方式已成功运用于新产品的设计开发之中。