基于ANSYS的某小型机动三轮车车架自由模态分析

【摘要】通过UG对某小型机动三轮车架建立三维模型，而后导入有限元分析软件ANSYS进行模态分析，得到车架的各阶自由模态频率和模态特性，为以后的车架优化改进提供依据。

毕业论文网 　　【关键词】车架；建模；模态分析 　　0引言 　　小型机动三轮车由于其小巧轻便，额定载重达300—350Kg，很适合一般家庭载重要求，因此是应用相当广泛的载重交通工具。

车架是整个机动三轮车的基体，绝大多数部件都固定其上，工作时要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力，同时受到来自路面和车梁的激振而产生振动，设计中除了要有足够的强度、刚度，合理的振动特性也十分重要，以避免三轮车在使用过程中各部件之间共振，导致某些结构部位早期损坏，降低使用寿命甚至在行驶中造成严重的安全事故。

因此，机动动三轮车架的模态分析在电动三轮车的机构设计中具有十分重要的意义。

下面就某品牌的电动三轮车架借助先进的分析软件Ansys进行模态分析，模态分析克服了静态的传统设计方法的局限性，强调从结构的整体考虑，在性能校核中考虑了振动的因素，是现代设计中常用的技术分析方法。

1 电动三轮车架的三维建模与导入 　　ANSYS软件中虽然附带了三维建模的功能，但是与优秀的专业三维建模软件比较在三维建模的快捷方便程度上还是有些差距，本次建模采用UG来进行三轮车架的建模，而后利用ANSYS软件提供的UG接口导入模型。

模型导入时绝大部分零件几何质量较好，但也有零件出现几何变形或者信息丢失的情况发生。

针对上述情况我们可以把零件保存为IGES格式通过ANSYS提供的IGES接口导入，即可得到满意的结果。

2 三轮车架网格划分及各零件之间的连接定义 　　车架结构主要是薄壁型材和一些厚度在5mm以下的冲压件组成，所以选择使用壳单元来模拟车架结构部件。

鉴于结构不是太复杂，而且各处壁厚差异不大，采用其他网格的划分方式难度较大，故而本次选用自由网格划分。

自由网格划分所得到45122个十节点四面体，89364个节点。

3 自由模态分析结果 　　所谓自由模态分析，就是确定设计结构或机械零部件的振动特性，与外载条件等无关，得到结构固有频率和振形的过程，它是动态设计的基础和核心。

结构在任意初始条件及外载作用下的强迫振动都可以由结构按这些基本特性的强迫振动的的线性组合构成。

采用ANSYS软件分析得到三轮车架前十阶固有频率与振型描述，如表1所示。

由于篇幅关系本文下面仅给出第一、二阶车架的振型图，如图2所示。

如图2所示，第一阶振型以车架的扭转为主，车架在该阶模态振动时，整个车架产生扭转变形。

第二阶振型是车架绕中部横梁发生垂直弯曲振型，车架在此模态振动时，整个车架产生弯曲变形。

后续模拟阵型表明，整个车架在第七至十阶固有频率产生了明显的弯扭组合的振型，整个车架在产生扭转变形的同时还产生了弯曲变形。

4 结语 　　通过UG建模后保存为IGES格式，而后利用ANSYS的接口导入，并进行材料属性定义、网格划分等后置处理进行模态分析得出车架前十阶固有频率和振形图，为后续研究改进此类小型机动三轮车结构，避开这些固有频率或最大限度的减小这些频率上的激励提供基础数据。

参考文献： 　　[1]谭继锦.汽车有限元法[M].北京：人民交通出版社，2005 　　[2]曾攀.有限元分析及应用[M].北京：清华大学出版社，2004 　　[3]王晶，神会存，汪友刚[J].郑州：中原工学院学报，2010 　　[4]汪伟，辛勇.车架有限元建模及模态分析[J].机械设计与制造，2009。