408810$littlebh$車輛乘坐室結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析畢業(yè)論文終稿

中北大學(xué)2009屆畢業(yè)論文第4頁(yè)共72頁(yè)1緒論1.1研究的意義和工程應(yīng)用背景隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品與設(shè)備也日益向高速、高效、精密、輕量化和自動(dòng)化方向發(fā)展，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)其工作性能的要求也愈來(lái)愈高。為了使這些產(chǎn)品和設(shè)備安全可靠的工作，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須具有非常良好的靜、動(dòng)態(tài)特性[1]?，F(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)就是在這個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生的一種科學(xué)設(shè)計(jì)方法，也是近年來(lái)振動(dòng)工程界開展的最廣泛的研究領(lǐng)域之一。當(dāng)前，為了提高我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，如何保證產(chǎn)品的高性能、高質(zhì)量和低成本，是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)面臨的新問(wèn)題。為此，要求在設(shè)計(jì)階段能預(yù)估機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)特性。因此，機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法已成為設(shè)計(jì)人員必須掌握的設(shè)計(jì)手段。研究機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析技術(shù)具有很重要的意義[1]。輪式機(jī)動(dòng)車輛以下簡(jiǎn)稱“車輛”,包括汽車、拖拉機(jī)、裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等的應(yīng)用日益廣泛,對(duì)其行駛過(guò)程中動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究也愈加深人[2]。由于車輛行駛在不平的路面上,以及由于車輛本身的轉(zhuǎn)動(dòng)部件車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、主傳動(dòng)軸等激振的影響,其系統(tǒng)內(nèi)各處都會(huì)引起振動(dòng)如果某些部位由于振動(dòng)產(chǎn)生的位移或速度、加速度超過(guò)一定值,就會(huì)使駕駛員感到不舒適,或者造成貨物損壞、某些零部件失效等向題,駕駛員駕馭車輛的能力和車輛的運(yùn)輸效率也會(huì)降低。在所有激振振源中,道路不平度對(duì)車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響最大,它是車輛設(shè)計(jì)和研究中一個(gè)必須考慮的重要因素。除外部激振外,車輛的動(dòng)態(tài)響應(yīng)還取決于其自身的動(dòng)態(tài)特性,而這又與車輛的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)性能參數(shù)相關(guān)[2]。為確保車輛最良好的駕駛性能,使之既舒適又安全,同時(shí)為進(jìn)一步提高車輛的設(shè)計(jì)水平,不少專家學(xué)者對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)特性和由道路不平度引起的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了許多研究,并已取得成果。建立了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)有限元模型,應(yīng)用隨機(jī)振動(dòng)理論、有限元技術(shù)和功率譜密度方法,對(duì)車輛在行駛過(guò)程中由于路面不平引起的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了研究,并將計(jì)算結(jié)果同用其它力學(xué)模型和不同計(jì)算方法所得到的結(jié)果進(jìn)行了分析比較,目的在于為輪式機(jī)動(dòng)車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的模擬計(jì)算提供一種實(shí)用方法[2]。工程技術(shù)中最普遍的振動(dòng)問(wèn)題是響應(yīng)分析，這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)響應(yīng)直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、運(yùn)動(dòng)形態(tài)和振動(dòng)能量水平。實(shí)際上響應(yīng)分析也是振動(dòng)理論的基礎(chǔ)和主要內(nèi)容。目前，已發(fā)展了多種分析或求解振動(dòng)系統(tǒng)時(shí)間歷程響應(yīng)的方法，然而這些方法都有一定的適用范圍和局限性，沒有一種方法是普遍適用的。目前，關(guān)于動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析法的總結(jié)或評(píng)述性文獻(xiàn)幾乎沒有，因此人們?cè)诮鉀Q具體問(wèn)題時(shí)，往往不知道使用哪種方法會(huì)更加有效。經(jīng)專家學(xué)者的研究評(píng)述，指明了其特點(diǎn)和使用范圍。普遍的六種方法是：振型疊加法[5-6]、狀態(tài)空間法、復(fù)模態(tài)法、直接積分法、一階常微分方程組初值問(wèn)題的數(shù)值解法和時(shí)域有限元法[3]。1.2國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)問(wèn)題研究從Fox和Kapoor的工作[7]開始展開，既有對(duì)簡(jiǎn)單的、小型結(jié)構(gòu)的諧波激振問(wèn)題的研究，又有對(duì)復(fù)雜的、大型結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷的優(yōu)化問(wèn)題的研究[8]。一般地，按照所研究問(wèn)題的性質(zhì)可以分為兩大類:一類是對(duì)結(jié)構(gòu)特征值進(jìn)行約束優(yōu)化，主要針對(duì)頻率和振型兩個(gè)方面。另一類是對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行約束優(yōu)化，主要針對(duì)位移、速度、加速度、應(yīng)變響應(yīng)等方面[9]。響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題在響應(yīng)的分析(包括重分析)和優(yōu)化求解方面有著巨大的計(jì)算量，缺乏高效率的計(jì)算方法和優(yōu)化算法。盡管對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征值優(yōu)化設(shè)計(jì)，從理論上可使結(jié)構(gòu)振動(dòng)避開某些頻率和位置，不出現(xiàn)共振的災(zāi)難，但是其振動(dòng)響應(yīng)仍可能超過(guò)允許的響應(yīng)極限;同時(shí)，實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)模態(tài)可能非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)要想避開其共振區(qū)不太現(xiàn)實(shí)，因此，對(duì)這類問(wèn)題的研究往往更具有實(shí)用價(jià)值。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文中是以某型小轎車乘坐室模型為研究對(duì)象，將其簡(jiǎn)化為實(shí)體結(jié)構(gòu)，研究其動(dòng)態(tài)特性。研究的主要內(nèi)容和方法主要包括以下幾個(gè)方面：（1）將乘坐室模型離散為有限數(shù)量的具有質(zhì)量和彈性特性的單元，建立乘坐室的有限元模型。（2）對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行有效的分析。有兩個(gè)因素控制著結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振幅和頻率，一個(gè)是對(duì)結(jié)構(gòu)施加的激勵(lì)特性；另一個(gè)是結(jié)構(gòu)的固有特性。改變激振特性或改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性都將改變被激起的振動(dòng)響應(yīng)。如果結(jié)構(gòu)的任何一個(gè)固有頻率被激勵(lì)，那么都會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，從而形成共振、較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和噪聲。所以分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)的響應(yīng)首先要分析系統(tǒng)的固有頻率和振型。（3）在結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算在與動(dòng)力艙連接部位施加激勵(lì)時(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。（4）分析乘坐室的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，為進(jìn)一步進(jìn)行艙體結(jié)構(gòu)的聲振優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。2結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論基礎(chǔ)2.1結(jié)構(gòu)振動(dòng)的研究概況實(shí)際振動(dòng)問(wèn)題往往錯(cuò)綜復(fù)雜，它可能同時(shí)包含識(shí)別、分析、綜合等幾方面的問(wèn)題。解決振動(dòng)問(wèn)題的方法不外乎通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，二者是相輔相成的。近十年來(lái)，隨著有限元(FEM)[9-12]、邊界元(BEM)[13-15]等數(shù)值方法的不斷發(fā)展，加上數(shù)字計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的不斷加強(qiáng)，為解決復(fù)雜振動(dòng)問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的手段。采用一些通用的強(qiáng)大的分析軟件解決實(shí)際問(wèn)題成為了廣大工程技術(shù)人員的首選。從60年代中期以來(lái)，振動(dòng)測(cè)試和信號(hào)分析技術(shù)有了重大突破和進(jìn)展，這又為振動(dòng)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)、分析和研究開拓了廣闊的前景[16-18]。有兩個(gè)因素控制著結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振幅和頻率，一個(gè)是對(duì)結(jié)構(gòu)施加的激勵(lì)特性；另一個(gè)是結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性。改變激振特性或改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性都將改變被激起的振動(dòng)響應(yīng)。如果結(jié)構(gòu)的任何一個(gè)固有頻率被激勵(lì)，那么都會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，從而形成大振、高動(dòng)應(yīng)力和高等級(jí)噪聲。所以分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的也是為了預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)的固有頻率和結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)期激勵(lì)的響應(yīng)。2.2多自由度結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性分析分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)，往往先尋找一個(gè)合適的、簡(jiǎn)化的單自由度結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際模型，以便在合格的精度范圍內(nèi)，盡可能經(jīng)濟(jì)的得到有用數(shù)據(jù)。但采用單自由度去模擬一個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)是不真實(shí)的，為此需要研究多自由度結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。多自由度結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析和單自由度的分析方法原理相同，不同之處是其分析增加了模態(tài)這一重要概念。所謂模態(tài)是多自由度線性系統(tǒng)的一種固有屬性，可由系統(tǒng)的特征值與特征矢量（也稱固有矢量，或主振型）兩者共同來(lái)表示；他們分別從時(shí)空兩個(gè)方面來(lái)刻畫系統(tǒng)的振動(dòng)特性。所以，要了解多自由度結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，首先應(yīng)該掌握它的各階模態(tài)的振型和固有頻率。結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)參數(shù)是通過(guò)求解多自由度結(jié)構(gòu)振動(dòng)方程得到的。對(duì)于自由度為n維的結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)其運(yùn)動(dòng)方程可以寫為（2.1)這里、、、分別是各質(zhì)量的加速度、速度、位移以及作用于系統(tǒng)的外力列矩陣；而、、分別是系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼系數(shù)矩陣、彈性系數(shù)矩陣（也稱剛度矩陣）。對(duì)式（2.1）是通過(guò)模態(tài)分析法進(jìn)行求解的。模態(tài)分析法是將一個(gè)多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)通過(guò)模態(tài)變換，分解為若干個(gè)獨(dú)立的模態(tài)運(yùn)動(dòng)，其中每個(gè)模態(tài)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)單自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，因此可以方便的分別求出各個(gè)模態(tài)運(yùn)動(dòng)，再疊加后得到系統(tǒng)的總運(yùn)動(dòng)。模態(tài)分析法也是有限元計(jì)算結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的一種理論基礎(chǔ)。模態(tài)分析方法分為實(shí)模態(tài)分析和復(fù)模態(tài)分析。由于本文研究結(jié)構(gòu)模態(tài)分析時(shí)，沒有考慮阻尼的影響，所以在此只對(duì)無(wú)阻尼實(shí)模態(tài)分析做以描述。無(wú)阻尼多自由度線性振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程可表示為(2.2)其中與都是nxn階實(shí)對(duì)稱矩陣，且設(shè)為正定。當(dāng)=0(i=1，2，3?)時(shí)，是系統(tǒng)在初始激發(fā)后，進(jìn)行自由振動(dòng)，其自由振動(dòng)微分方程可表示為(2.3)式(2.3)的特征方程為其中是系統(tǒng)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的角頻率。(2.4)結(jié)構(gòu)的主振型方程可由下式表示=1，2，…，n(2.5)由此，在不計(jì)任何倍數(shù)差別的意義下，可確定n個(gè)實(shí)矢量，稱為系統(tǒng)的主振型。用，i=1,2,?，n表示的運(yùn)動(dòng)稱為系統(tǒng)的主振動(dòng)。可見，無(wú)阻尼線性系統(tǒng)的主振動(dòng)都是諧振動(dòng)。每個(gè)主振動(dòng)有其固有的頻率，在每個(gè)主振動(dòng)中，各個(gè)位移分量振幅的相對(duì)大小與相位由主振型確定。在這種情形下，系統(tǒng)的特征矢量都是實(shí)矢量，故也稱實(shí)模態(tài)。總之，對(duì)n個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，具有n階固有頻率；對(duì)應(yīng)的有n個(gè)諧振動(dòng)的振幅分布；當(dāng)有某特定阻尼情況時(shí)，還對(duì)應(yīng)地有振動(dòng)的n個(gè)阻尼系數(shù)。2.3激勵(lì)力作用下一般結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)分析一般結(jié)構(gòu)是由膜、弦、板和梁等基本結(jié)構(gòu)組成，這些基本構(gòu)件是分布參數(shù)系統(tǒng)，它們的運(yùn)動(dòng)方程有偏微分方程確定，它們的運(yùn)動(dòng)形式和位移分布由外加激勵(lì)和邊界條件以及初始條件確定。對(duì)于一般結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)方程為(2.6)式中D[W]是空間坐標(biāo)的線性微分算子。采用模態(tài)分析法求解該運(yùn)動(dòng)方程。當(dāng)結(jié)構(gòu)做無(wú)阻尼自由振動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程為(2.7)設(shè)式(2.7)滿足給定邊界條件的簡(jiǎn)諧振動(dòng)解為(2.8)其中：—諧振動(dòng)的角頻率，它是決定于系統(tǒng)的參數(shù)并滿足邊界條件的特征值，對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)，它有無(wú)限個(gè)特征值；W(x)—n階諧振型的分布函數(shù)，它是對(duì)應(yīng)于特征值的特征函數(shù)。由于特征值有無(wú)限個(gè)，所以特征函數(shù)也為無(wú)限個(gè)，于是自由振動(dòng)穩(wěn)態(tài)解為(2.9)特征方程滿足以下方程：(2.10)現(xiàn)在假設(shè)線性系統(tǒng)被激振動(dòng)的解可以被分解為許多具有模式分布形式的解的線性組合，即假設(shè)解為(2.11)將(2.11)式代回到(2.6)式并考慮到(2.10)式關(guān)系，結(jié)合特征函數(shù)的正交性關(guān)系，同時(shí)假設(shè)結(jié)構(gòu)上一點(diǎn)作用一單頻點(diǎn)力，則求解可得到：(2.12)這里，單頻力被記為，最后可得：(2.13)是點(diǎn)作用一個(gè)集中的單位強(qiáng)度的單頻力時(shí)，產(chǎn)生在任意Xi點(diǎn)的第n階簡(jiǎn)諧模式的位移分量，也是Xj點(diǎn)處力作用在Xi點(diǎn)的n階模態(tài)的單頻響應(yīng)函數(shù)：是點(diǎn)作用單頻力情況下Xi點(diǎn)的位移響應(yīng)，即點(diǎn)力作用下結(jié)構(gòu)位移的單頻響應(yīng)函數(shù)。3車輛乘坐室結(jié)構(gòu)分析的基本工作原理3.1有限元?jiǎng)討B(tài)分析基本原理有限元方法是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代計(jì)算方法，最初是在50年代作為處理固體力學(xué)問(wèn)題的方法出現(xiàn)的。它根據(jù)變分原理，把連續(xù)介質(zhì)離散成一組單元，使無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限自由度問(wèn)題，再用計(jì)算機(jī)求解。有限元方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)分析形狀十分復(fù)雜的、非均勻的各種實(shí)際工程結(jié)構(gòu)；(2)在計(jì)算中可以模擬各種復(fù)雜的材料本構(gòu)關(guān)系、載荷和條件；(3)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析；(4)由于前處理和后處理技術(shù)的發(fā)展，可以進(jìn)行大量方案的比較分析，并迅速用圖形表示計(jì)算結(jié)果，從而有利于對(duì)工程方案進(jìn)行優(yōu)化。因此它一出現(xiàn)就受到人們的普遍重視，很快從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)學(xué)、電磁學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展成為一個(gè)十分重要的計(jì)算方法，在工程設(shè)計(jì)和研究中得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用有限元方法求解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的基本思想是，把連續(xù)的求解區(qū)域離散化，用有限個(gè)單元的組合體代替原來(lái)的連續(xù)介質(zhì)，并在每個(gè)單元上指定有限個(gè)結(jié)點(diǎn)，這樣一組單元只在有限個(gè)結(jié)點(diǎn)上相互連接，因而包含有限個(gè)自由度。同時(shí)給定一個(gè)形函數(shù)，建立各單元結(jié)點(diǎn)之間的力和位移之間的力學(xué)特性關(guān)系，得到一組以結(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程組，從而求解結(jié)點(diǎn)的位移分量。一經(jīng)解出，就可以利用插值函數(shù)確立單元集合體上的場(chǎng)函數(shù)。如果單元滿足問(wèn)題的收斂性要求，那么隨著縮小單元的尺寸，增加求解區(qū)域內(nèi)單元的數(shù)目，解得近似程度將不斷改進(jìn)，近似解最終將收斂于精確解。有限元方法不僅可以對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，還可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一、求解結(jié)構(gòu)固有頻率和固有振型；二、計(jì)算結(jié)構(gòu)在給定載荷、地面加速度等外載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。3.2模態(tài)分析的基本原理結(jié)構(gòu)離散化以后，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中各結(jié)點(diǎn)的動(dòng)力平衡方程如下：(3.1)式中：——慣性力向量，——阻尼力向量，——?jiǎng)恿d荷向量，——彈性力向量。彈性力向量可用結(jié)點(diǎn)位移和剛度矩陣表示如下：(3.2)式中，剛度矩陣[K]的元素Kij為結(jié)點(diǎn)j的單位位移在結(jié)點(diǎn)i引起的彈性力。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，可用質(zhì)量矩陣[M]和結(jié)點(diǎn)加速度表示慣性力(3.3)式中：質(zhì)量矩陣[M]的元素Mij為結(jié)點(diǎn)j的單位加速度在結(jié)點(diǎn)i引起的慣性力。阻尼力向量可用阻尼矩陣[C]和結(jié)點(diǎn)速度表示(3.4)式中：阻尼矩陣中的元素Cij為結(jié)點(diǎn)j的單位速度在結(jié)點(diǎn)i引起的阻尼力。將式(3.2)~式(3.4)代入到式(3.1)，得到運(yùn)動(dòng)方程(3.5)令，。則運(yùn)動(dòng)方程可寫為如下形式：(3.6)在式(3.6)中令P(t)=0，得到自由振動(dòng)方程。工程實(shí)際中，阻尼對(duì)固有頻率和振型影響不大，可進(jìn)一步忽略阻尼力，得到無(wú)阻尼自由振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程(3.7)設(shè)結(jié)構(gòu)做如下簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：(3.8)把上式代入式(3.7)，可得到齊次方程(3.9a)或(3.9b)在有振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)中各結(jié)點(diǎn)的振幅不全為零，所以式(3.9b)中括號(hào)內(nèi)矩陣行列式之值必須等于零，由此得到結(jié)構(gòu)的固有頻率方程，即：(3.10)結(jié)構(gòu)的剛度矩陣[K]和質(zhì)量矩陣[M]都是n階方陣，其中n是結(jié)點(diǎn)自由度數(shù)目，所以式(3.10)是關(guān)于的n次代數(shù)方程，由此可求出結(jié)構(gòu)的n個(gè)固有頻率(3.11)對(duì)于所研究結(jié)構(gòu)的每個(gè)固有頻率，由式(3.9)可確定出一組各結(jié)點(diǎn)的振幅值，它們互相之間應(yīng)保持固定的比值，但絕對(duì)值可任意變化，它們構(gòu)成一個(gè)向量，稱為特征向量，在工程上通常稱為結(jié)構(gòu)的固有振型。3.3諧響應(yīng)分析的基本原理結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的諧響應(yīng)問(wèn)題，即在給定載荷、地面加速度等外載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移、速度和加速度等響應(yīng)值。目前，常用的求解結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法有兩種：振型疊加法和直接積分法。直接積分法是指在進(jìn)行數(shù)值積分之前，不用把方程變換成其他的形式。常使用的直接積分法有有限差分法和紐馬克法；其應(yīng)用范圍廣，但是由于直接積分法所費(fèi)的計(jì)算工作量與分析中所用的時(shí)間步長(zhǎng)的數(shù)目成正比，因此，較多地用于只需求幾個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的短時(shí)間內(nèi)的響應(yīng)。如果積分含有許多時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)，則用振型疊加法更為有效。在上一節(jié)中，已對(duì)固有頻率及振型的求法做了簡(jiǎn)要的概述。在此基礎(chǔ)之上，用振型的線性疊加來(lái)表示處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的結(jié)構(gòu)位移向量：（3.12）用前乘式(3.12)的兩邊，由于振型的正交性，等式右邊的n項(xiàng)中，當(dāng)i時(shí)均為零，只剩下i=j這一項(xiàng)，即：(3.13)式中：為第j階振型的廣義質(zhì)量，由此得到：(3.14)和的初始值可表示如下：(3.15)(3.16)現(xiàn)在考慮式(3.6)的求解，把式(3.12)代入到式(3.6)中，得到：(3.17)對(duì)于粘性阻尼系統(tǒng)，令，同時(shí)令，為第i階振型的阻尼比。對(duì)上式兩邊乘以，并考慮振型的正交性，可得：（i=12…n）（3.18）方程(3.18)是一個(gè)由n個(gè)相互獨(dú)立的方程組成的二階常微分方程組，它在形式上與單自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程相同。求解方程組(3.18)，把得到的代入式(3.12)，即得到所需解答。需要指出的是：在用有限元方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析時(shí)，自由度數(shù)目n可以達(dá)到幾百甚至幾千，但是高階振型對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響一般都很小，故通常只需計(jì)算一部分低階振型就可以滿足精度要求。3.4有限元建模的基本準(zhǔn)則有限元建模的總則是根據(jù)工程分析精度要求，建立合適的、能模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的有限元模型。在連續(xù)體離散化及用有限個(gè)參數(shù)表征無(wú)限個(gè)形態(tài)自由度過(guò)程中不可避免地引入近似。為使分析結(jié)果有足夠的精度，所建立的有限元模型必須在能量上與原連續(xù)系統(tǒng)等價(jià)。具體應(yīng)滿足下述準(zhǔn)則：（1）有限元模型應(yīng)滿足平衡條件，即結(jié)構(gòu)的整體和任一單元在節(jié)點(diǎn)上都必須保持靜力平衡。（2）變形協(xié)調(diào)條件。交匯于一點(diǎn)上的各元素在外力作用下，引起元素變形后必須保持交匯于一個(gè)節(jié)點(diǎn)。整個(gè)結(jié)構(gòu)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，也都應(yīng)同時(shí)滿足變形協(xié)調(diào)條件。若用協(xié)調(diào)單元，元素邊界上亦滿足相應(yīng)的位移協(xié)調(diào)條件。（3）必須滿足邊界條件（包括整個(gè)結(jié)構(gòu)邊界條件及單元間的邊界條件）和材料的本構(gòu)關(guān)系。（4）剛度等價(jià)原則。有限元模型的抗彎、抗扭及抗剪剛度應(yīng)盡可能等價(jià)。（5)認(rèn)真選取單元，使之能很好地反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳力特點(diǎn)，尤其是對(duì)主要受力構(gòu)件，應(yīng)做到盡可能的不失真。在單元內(nèi)部所采用的應(yīng)力和位移函數(shù)必須是當(dāng)單元大小遞減時(shí)有限元解趨于連續(xù)系統(tǒng)的精確解。對(duì)于非收斂元，應(yīng)避免使用。（6）應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)力分布情況、單元的性質(zhì)、精度要求及計(jì)算量大小等仔細(xì)劃分計(jì)算網(wǎng)格。（7）在幾何上要盡可能地逼近真實(shí)的結(jié)構(gòu)體，其中特別要注意曲線與曲面的逼近問(wèn)題。（8）仔細(xì)處理載荷模型，正確生成節(jié)點(diǎn)力，同時(shí)載荷的簡(jiǎn)化不應(yīng)跨越主要受力構(gòu)件。（9）質(zhì)量的堆積應(yīng)滿足質(zhì)量質(zhì)心、質(zhì)心矩及慣性矩等效要求。（10）超單元的劃分盡可能單級(jí)化并使剩余結(jié)構(gòu)最小。4ANSYS的特點(diǎn)和計(jì)算方法4.1數(shù)值計(jì)算軟件發(fā)展概況進(jìn)入90年代以來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。高速、大容量、小體積的計(jì)算機(jī)工作站的出現(xiàn)，工作站上使用的各種軟件系統(tǒng)也紛紛推向市場(chǎng)。因而，在有限元分析軟件中，除了NASTRAN外，1970年成立于美國(guó)賓夕法尼亞匹茲堡的ANSYS公司，發(fā)展了著名的ANSYS有限元分析軟件，該軟件通過(guò)NASA，F(xiàn)ord，GE等大公司大工程的檢驗(yàn)，其分析精度、可靠性、穩(wěn)定性等各指標(biāo)都達(dá)到了極高的水平。1995年通過(guò)ISO9001質(zhì)量認(rèn)證，成為目前唯一一個(gè)通過(guò)此類認(rèn)證的軟件系統(tǒng)。而在聲學(xué)分析方面，ANSYS有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，建立了流體和聲學(xué)單元庫(kù)，考慮了結(jié)構(gòu)與空氣（流體）相互作用的計(jì)算問(wèn)題，使得結(jié)構(gòu)-聲學(xué)相互耦合問(wèn)題的建模分析更為方便快捷。由于強(qiáng)大的前后處理功能以及強(qiáng)大的有限元計(jì)算能力，所以受到國(guó)內(nèi)外用戶的廣泛歡迎，在汽車車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)分析方面也有許多應(yīng)用。此外，比利時(shí)的LMS公司開發(fā)的噪聲分析軟件SYSNOISE也是目前市場(chǎng)上最好的有限元噪聲分析軟件之一。該軟件結(jié)合有限元與邊界元，不僅能分析車內(nèi)噪聲也能分析車外噪聲。在低頻段采用有限元和邊界元法進(jìn)行分析，在高頻段則可采用其獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)能量分析法來(lái)進(jìn)行噪聲的預(yù)測(cè)，使得軟件的適用的范圍更為廣泛。ANSYS軟件是第一個(gè)通過(guò)ISO9001質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類軟件，是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）、美國(guó)核安全局（NQA）及近二十種專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。在國(guó)內(nèi)第一個(gè)通過(guò)了中國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)認(rèn)證并在國(guó)務(wù)院十七個(gè)部委推廣使用。4.2ANSYS軟件的主要特點(diǎn)

(1)主要技術(shù)特點(diǎn)。唯一能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)禍合分析，唯一能實(shí)現(xiàn)前、后處理、求解及多場(chǎng)分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的一體化，具有多物理場(chǎng)優(yōu)化功能，強(qiáng)大的非線性分析，多種求解器分別適用于不同的問(wèn)題及不同的硬件配置，支持異種、異構(gòu)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)浮動(dòng)，在異種、異構(gòu)平臺(tái)上用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件兼容。具有強(qiáng)大的并行計(jì)算功能，支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行，多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，良好的用戶開發(fā)環(huán)境。

(2)與CAD的接口。可以導(dǎo)入當(dāng)前使用的大多數(shù)CAD軟件繪圖如UG,Pro/e,I-Deas,Catia,SolidEdge,Solidworks等。其中，Pro/e繪圖的IGES格式的文件可以直接導(dǎo)入。4.3ANSYS軟件功能模塊和計(jì)算方法4.3.1ANSYS的功能模塊ANSYS軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。有限元軟件ANSYS對(duì)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)及結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的分析正是基于上面介紹的原理。在結(jié)構(gòu)振動(dòng)和聲學(xué)計(jì)算分析時(shí)主要是使用前處理分析模塊(PREP7)和振動(dòng)模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析等進(jìn)行計(jì)算求解，然后在后處理分析模塊(POST1和POST26)中進(jìn)行結(jié)果后處理。（1）前處理前處理是指創(chuàng)建實(shí)體模型及有限元模型。它包括創(chuàng)建實(shí)體模型、定義單元屬性、劃分網(wǎng)格和模型修正等幾方面的內(nèi)容。現(xiàn)今大部分的有限元分析模型都采用實(shí)體模型建模，類似于CAD，ANSYS是以數(shù)學(xué)的方式表達(dá)結(jié)構(gòu)為幾何形狀，用于在實(shí)體上劃分結(jié)點(diǎn)和單元，還可以在幾何模型的邊界上方便得施加載荷，但是實(shí)體模型并不參與有限元分析，所以施加在幾何實(shí)體邊界上的載荷或約束必須最終傳遞到有限元模型上（結(jié)點(diǎn)或單元）進(jìn)行求解。（2）加載和求解加載和求解主要是在ANSYS的運(yùn)算器中進(jìn)行的?？梢栽谝呀⒌膶?shí)體模型或有限元模型（結(jié)點(diǎn)或單元）上加載，無(wú)論采取何種加載方式，ANSYS求解前都需將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型。模型加載后，可以選擇分析使用的求解器，求解器的功能是求解關(guān)于結(jié)構(gòu)自由度的聯(lián)立線性方程組。求解完成后結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中并輸出到結(jié)果文件。1)模態(tài)分析模態(tài)分析用于確定設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性（固有頻率和振型）。模態(tài)分析是進(jìn)行后續(xù)動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，例如諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析和譜分析等。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)和分析的可行性，ANSYS提供了三種主要的分析方法和迭代方式求解，可根據(jù)分析要求進(jìn)行選擇。2)諧響應(yīng)分析諧響應(yīng)分析用于分析持續(xù)的周期載荷在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中產(chǎn)生的持續(xù)的周期響應(yīng)（諧響應(yīng)），以及確定性結(jié)構(gòu)承受隨時(shí)間按正弦（簡(jiǎn)諧）規(guī)律變化的載荷時(shí)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。諧響應(yīng)分析只計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，發(fā)生在激勵(lì)振動(dòng)開始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)不予考慮。諧響應(yīng)分析是一種線性分析，但也可以分析有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。3）結(jié)果后處理ANSYS有兩個(gè)后處理器：(a)通用后處理器（POST1）只能查看整個(gè)模型在某一時(shí)刻的結(jié)果。可以依據(jù)載荷步和子步號(hào)或加載時(shí)間讀出需要的載荷步和子步結(jié)果，繪制出變形圖，可清晰描述一種結(jié)果在整個(gè)模型中的變化。(b)時(shí)間—?dú)v程后處理器（POST26）可查看模型在不同時(shí)間段或子步歷程上的結(jié)果，常用于處理瞬態(tài)分析或動(dòng)力分析的結(jié)果?？梢缘玫揭粋€(gè)ANSYS變量與另一個(gè)變量之間的關(guān)系，并且可以進(jìn)行變量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。4.3.2ANSYS的計(jì)算方法啟動(dòng)ANSYS，進(jìn)入歡迎畫面以后，程序停留在開始平臺(tái)。從開始平臺(tái)（主菜單）可以進(jìn)入各處理模塊：PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION（求解模塊），POST1（通用后處理模塊），POST26（時(shí)間歷程后處理模塊）。ANSYS用戶手冊(cè)的全部?jī)?nèi)容都可以聯(lián)機(jī)查閱。用戶的指令可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單項(xiàng)選取和執(zhí)行，也可以在命令輸入窗口通過(guò)鍵盤輸入。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會(huì)在.LOG文件中列出，打開輸出窗口可以看到.LOG文件的內(nèi)容。如果軟件運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，查看.LOG文件中的命令流及其錯(cuò)誤提示，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源。.LOG文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個(gè)批處理文件中，在以后進(jìn)行同樣工作時(shí)，由ANSYS自動(dòng)讀入并執(zhí)行，這是ANSYS軟件的第三種命令輸入方式。這種命令方式在進(jìn)行某些重復(fù)性較高的工作時(shí)，能有效地提高工作速度。（1）前處理模塊PREP7雙擊實(shí)用菜單中的“Preprocessor”，進(jìn)入ANSYS的前處理模塊。這個(gè)模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。1）實(shí)體建模ANSYS程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球、棱柱，稱為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱。無(wú)論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運(yùn)算來(lái)組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)體模型。ANSYS程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。ANSYS程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過(guò)拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動(dòng)相交運(yùn)算、自動(dòng)倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和刪除。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。2）網(wǎng)格劃分ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì)CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來(lái)的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。（2）求解模塊SOLUTION前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。點(diǎn)擊快捷工具區(qū)的SAVE_DB將前處理模塊生成的模型存盤，退出Preprocessor，點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的Solution，進(jìn)入分析求解模塊。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項(xiàng)，然后開始有限元求解。ANSYS軟件提供的分析類型如下：1）結(jié)構(gòu)靜力分析用來(lái)求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問(wèn)題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。2）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來(lái)求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。3）結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問(wèn)題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。4）動(dòng)力學(xué)分析ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。5）熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過(guò)程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。6）電磁場(chǎng)分析主要用于電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無(wú)損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。7）流體動(dòng)力學(xué)分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。8）聲場(chǎng)分析程序的聲學(xué)功能用來(lái)研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來(lái)確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布，或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。9）壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析（3）后處理模塊POST1和POST26ANSYS軟件的后處理過(guò)程包括兩個(gè)部分：通用后處理模塊POST1和時(shí)間歷程后處理模塊POST26。通過(guò)友好的用戶界面，可以很容易獲得求解過(guò)程的計(jì)算結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行顯示。這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。1）通用后處理模塊POST1點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的“GeneralPostproc”選項(xiàng)即可進(jìn)入通用后處理模塊。這個(gè)模塊對(duì)前面的分析結(jié)果能以圖形形式顯示和輸出。例如，計(jì)算結(jié)果（如應(yīng)力）在模型上的變化情況可用等值線圖表示，不同的等值線顏色，代表了不同的值（如應(yīng)力值）。濃淡圖則用不同的顏色代表不同的數(shù)值區(qū)（如應(yīng)力范圍），清晰地反映了計(jì)算結(jié)果的區(qū)域分布情況。2）時(shí)間歷程響應(yīng)后處理模塊POST26點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的TimeHistPostpro選項(xiàng)即可進(jìn)入時(shí)間歷程響應(yīng)后處理模塊。這個(gè)模塊用于檢查在一個(gè)時(shí)間段或子步歷程中的結(jié)果，如節(jié)點(diǎn)位移、應(yīng)力或支反力。這些結(jié)果能通過(guò)繪制曲線或列表查看。繪制一個(gè)或多個(gè)變量隨頻率或其它量變化的曲線，有助于形象化地表示分析結(jié)果。另外，POST26還可以進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算。5車輛乘坐室結(jié)構(gòu)模態(tài)分析5.1定義工作文件名和標(biāo)題1）選擇UtilityMenu>File>ChangeJobname命令，出現(xiàn)ChangeJobname對(duì)話框，在【/FILNAM】Enternewjobname輸入欄中輸入工作文件名cheliangchengzuoshi,并將Newloganderrorfiles設(shè)置為Yes，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.1定義工作文件名2）選擇UtilityMenu>File>ChangeTitle命令，出現(xiàn)ChangeTitl對(duì)話框，在輸入欄中輸入Sheji，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.2輸入工作文件名5.2實(shí)體建模點(diǎn)擊菜單目錄中的第一個(gè)Preferences，出現(xiàn)下圖所示對(duì)話框，點(diǎn)擊Structural，然后再點(diǎn)擊【OK】按鈕，開始進(jìn)入實(shí)體建模。圖5.3定義單元類型所用的單元類型為StructuralShellElastic4node63單元。SHELL63號(hào)單元具有彎曲以及膜應(yīng)力分析能力。允許施加面以及方向力作用。這種單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，分別為：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的X、Y、Z方向的平移以及繞X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)。它也可以進(jìn)行應(yīng)力剛化分析以及大變形和大應(yīng)變的分析。圖3為63號(hào)單元的幾何結(jié)構(gòu)形狀，圖中左下角XYZ為單元坐標(biāo)系，I節(jié)點(diǎn)處的XYZ為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，I節(jié)點(diǎn)處的XUYUZU為平移坐標(biāo)系。圖5.463號(hào)單元1）選擇MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)ElementTypes對(duì)話框，單擊【Add】按鈕，出現(xiàn)LibraryofElementTypes對(duì)話框。2）在LibraryofElementTypes復(fù)選框中選擇StructuralShell，Elastic4node63單元，在Elementtypereferencenumber輸入欄中輸入1，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.5“單元類型列表”對(duì)話框3）選擇MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete命令,出現(xiàn)RealConstants對(duì)話框，單擊【Add】按鈕，出現(xiàn)ElementTypeforRealConstants對(duì)話框，選擇SHLLE63，單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)RealConstantSetNumber1,forSHLLE63對(duì)話框，在RealConstantSetNo.輸入欄中輸入1，在ShellthicknessatnodeITK(I)輸入欄中輸入0.005,在其他輸入欄中輸入0，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。5.3定義材料性能參數(shù)殼體材料為45鋼，材料密度ρ=7800kg/,泊松比PRXY=0.3，彈性模量EX=2.1E11Pa。1）選擇MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，出現(xiàn)MaterialModelBehavior對(duì)話框。圖5.6材料參數(shù)對(duì)話框2）在MaterialModelsAvailabley一欄中依次雙擊Favorrites，LinearStatic，Density，再【DEN】一欄輸入7800；雙擊Linear、Elastic，再【EX】一欄輸入2.1E11,再【PRXY】一欄輸入0.3，關(guān)閉對(duì)話框。圖5.7參數(shù)定義對(duì)話框5.4創(chuàng)建幾何模型、劃分網(wǎng)格建模時(shí)，最好規(guī)劃，有意的記住線、面、體的編號(hào)。因?yàn)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)建模時(shí)，利用鼠標(biāo)選取線或者面有時(shí)候是非常困難的，而利用線、面、或者體的編號(hào)是非常容易的，而且也是非常準(zhǔn)確的。所以在建立模型的時(shí)候，有意識(shí)的規(guī)劃，記住對(duì)以后的操作有較大影響的線、面、體編號(hào)，對(duì)于以后的操作是非常有幫助的。因?yàn)锳NSYS具有多種的單元類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性，所以網(wǎng)格化體素（線、面、體）之前，必須先設(shè)置網(wǎng)格屬性（選擇單元類型、設(shè)置材料和實(shí)常數(shù)），然后再對(duì)體素進(jìn)行劃分。為了方便，在本研究中一律采用了Free方式對(duì)車輛乘坐室殼體進(jìn)行了自由式網(wǎng)格劃分。1）選擇UtilityMenu>PlotCtrsl>Style>Numbering命令，出現(xiàn)PlotNumberingControls對(duì)話框，選擇KPKeypointnumber、LINELinenumber、AREAAreanumber和VOLUVolumenumber選項(xiàng)，使其狀態(tài)從Off變?yōu)镺n，如圖所示，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.8節(jié)點(diǎn)數(shù)顯示對(duì)話框2）選擇UtilityMenu>PlotCtrsl>ViewSetting>ViewDirection命令，出現(xiàn)ViewDirection對(duì)話框，在XV，YV，ZVCoordsofviewpoint后面的3個(gè)輸入欄中分別輸入1、1、1，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，如圖所示，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.9坐標(biāo)位置對(duì)話框3）選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS命令，出現(xiàn)CreateKeypointsInActiveCoordinateSystem對(duì)話框。4）在NPTKeypointnuber輸入欄中輸入1，在X、Y、ZLocationinactiveCS輸入欄中分別輸入0，0，0，如圖所示，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.10創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框根據(jù)車身的圖紙和實(shí)際的幾何形狀，測(cè)量能夠描述車身的關(guān)鍵點(diǎn)，定義各部分的幾何形狀（點(diǎn)、線、面和體）。經(jīng)測(cè)量，某轎車乘坐室長(zhǎng)4.3米，寬度1.9米，高度為1.0米。5）參照第3）、4）步的操作過(guò)程，依次在ANSYS顯示窗口生成以下關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào)極坐標(biāo)：2（0，0，0.6）；3（0，1.9，0.6）；4（0，1.9，0）；5（1.2，0，0.6）；6（1.2，1.9，0.6）；7（1.5，0，1.0）；8（1.5，1.9，1.0）；9（3.3，0，1.0）；10（3.3，1.9，1.0）；11（3.5，0，0.6）；12（3.5，1.9，0.6）；13（4.3，0，0.6）；14（4.3，0，0）；15（4.3，1.9，0）；16（4.3，1.9，0.6）；6）選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine命令，依次連接各關(guān)鍵點(diǎn)（Keypoint）,生成模型線框結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5.11線框模型7）選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines命令，將線框模型生成板模型如下圖所示。圖5.12板模型8）選擇MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshingTool命令，彈出MeshingTool對(duì)話框，選擇自動(dòng)劃分網(wǎng)格工具SmartSide，自動(dòng)劃分出板單元網(wǎng)格如下圖所示圖5.13實(shí)體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格9）選擇UtilityMenu>File>Saveas命令，將其保存為：shejiwangge.db5.5模態(tài)分析模態(tài)分析主要有以下幾種方法：（1）降階法（reducedhouseholdermethod）；（2）子空法（subspacemethod）；（3）非對(duì)稱法（unsymmetricalmethod）；（4）阻尼法（dampedmethod）；（5）分塊Lanczos法（BlockLanczosmethod）；（6）快速動(dòng)力法（powerdynamicmethod）。其中分塊Lanczos法是適于求解大型稀疏矩陣的部分低降特征值的一種較先進(jìn)方法，其基本點(diǎn)是根據(jù)載荷空間分布模式按一定規(guī)律生成一組Lanczos向量，將系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)換到Lanczos向量空間以后，求解減縮的標(biāo)準(zhǔn)特征值問(wèn)題，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)系的變換，即得到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的全部或部分特征解。它具有求解精度高，計(jì)算速度快的特點(diǎn)。因此本文求解也采用這種方法求解自由振動(dòng)模態(tài)，頻率指定范圍為0—200Hz，注意頻率范圍寧肯指定大一點(diǎn)也不要小，這樣保證模態(tài)提取不會(huì)丟失。1）選擇MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，出現(xiàn)NewAnalysis對(duì)話框，選擇分析類型為Model，如圖所示，單擊【OK】關(guān)閉對(duì)話框。圖5.14分析類型對(duì)話框2）選擇MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions命令，出現(xiàn)ModelAnalysis對(duì)話框，參照?qǐng)D對(duì)其進(jìn)行設(shè)置圖4.15模態(tài)分析對(duì)話框單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)BlockLanczocsMethod對(duì)話框，在FREQBStartFreq輸入欄中輸入0，在FREQEEndFrequency輸入欄中輸入200，單擊【OK】關(guān)閉該對(duì)話框。圖5.16頻率設(shè)置對(duì)話框3）選擇UtilityMenu>Select>Entities命令，出現(xiàn)SelectEntities對(duì)話框，在第一個(gè)下拉菜單中選擇Keypoints,在第二個(gè)下拉菜單中選擇ByNum/Pick,在第三欄中選擇FromFull,單擊【OK】，彈出SelectKeypoints拾取菜單，單擊【PickAll】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。4）選擇MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines命令，點(diǎn)擊乘坐室底部邊框，對(duì)其施加約束時(shí)，點(diǎn)擊【ALLDOF】，單擊【OK】按鈕關(guān)閉對(duì)話框。5）選擇UtilityMenu>Select>Everything命令，選擇所有實(shí)體。6）選擇MainMenu>Solution>SolveCurrentLS命令，出現(xiàn)SolveCurrentLoadStep對(duì)話框，同時(shí)出現(xiàn)/STATUSCommmand對(duì)話框，單擊File>Close命令，關(guān)閉該對(duì)話框。單擊SolveCurrentLoadStep對(duì)話框中的【OK】按鈕，ANSYS開始求解計(jì)算。7）求解結(jié)束時(shí)，出現(xiàn)Note提示框，單擊【Close】命令，關(guān)閉該對(duì)話框。8）查看求解結(jié)果，選擇MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary命令，ANSYS將顯示前10階的模態(tài)頻率，如圖所示：圖5.17加約束后的模態(tài)頻率9）選擇MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>BySetNumber命令，出現(xiàn)ReadResultsbyDataSetNumber對(duì)話框，在NSETDataSetNumber輸入欄中輸入1，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。10）選擇MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape命令，出現(xiàn)PlotDeformedShape對(duì)話框，在KUNDItemstobeplotted選項(xiàng)中選擇Defshapeonly選項(xiàng)，單擊【OK】按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示變形形狀，11）選擇MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu命令，出現(xiàn)ContourNodalSolutionData對(duì)話框，在Itemtobecontoured選項(xiàng)框中選擇DOFSolution>Displacementvectorsum，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，單擊【OK】按鈕，ANSYS窗口將顯示車輛乘坐室的第一階模態(tài)振型，如圖所示12）選擇MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>BySetNumber命令，出現(xiàn)ReadResultsbyDataSetNumber對(duì)話框，在NSETDataSetNumber輸入欄中輸入1，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。13）參照第10）~11）步的操作過(guò)程，顯示車輛乘坐室第二階模態(tài)振型。重復(fù)以上操作依次得出3~10階的模態(tài)。5.6模態(tài)結(jié)果分析圖5.18第一階模態(tài)振型圖5.19第二階模態(tài)振型圖5.20第三階模態(tài)振型圖5.21第四階模態(tài)振型圖5.22第五階模態(tài)振型圖5.23第六階模態(tài)振型圖5.24第七階模態(tài)振型圖5.25第八階模態(tài)振型圖5.26第九階模態(tài)振型圖5.27第十階模態(tài)振型5.7小結(jié)1）相同模態(tài)的出現(xiàn)，這是由于殼體結(jié)構(gòu)的周期性對(duì)稱所致，例如模態(tài)2，3有相同的頻率，在接下來(lái)的圖中分別給出了相應(yīng)的模態(tài)形狀，人們可以看到它們具有相同的形狀，只是在相互成90°的平面內(nèi)變形，正因?yàn)槿绱?，我們常常把它看成一個(gè)模態(tài)。但是，為了表示ANSYS輸出文件相一致，這里列出了所有提取的模態(tài)。2）在本課題研究中并沒有零模態(tài)的出現(xiàn)，其實(shí)零模態(tài)的出現(xiàn)屬于結(jié)構(gòu)剛性平移模態(tài)，這是由于殼體結(jié)構(gòu)處于自由狀態(tài)，ANSYS軟件在分析時(shí)，把整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體平移或者旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（即剛體位移）也認(rèn)為是一個(gè)模態(tài)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了零模態(tài)，一般也都不認(rèn)為是一個(gè)真實(shí)模態(tài)。3）特征模態(tài)判斷，因?yàn)樗P(guān)心的頻率范圍為200Hz以下的，所以1—10模態(tài)都在其范圍內(nèi)，即特征模態(tài)數(shù)有10階，模態(tài)振型如圖所示。4）模態(tài)描述，如表所示表5.1模態(tài)振動(dòng)變形階數(shù)頻率振型描述最大變形量（mm）18.2665乘坐室底部中心沿Z軸方向振動(dòng)1.34787210.052乘坐室底部前后中心沿Z軸方向振動(dòng)（一凹一凸）1.30751310.399乘坐室頂部中心沿Z軸和Y軸方向振動(dòng)1.90611413.304乘坐室底部前中后3處中心沿Z軸方向振動(dòng)（一凹一凸一凹）1.29532517.329車蓋前部中心沿Z軸方向振動(dòng)2.0572618.065底部有4處出現(xiàn)沿Z軸方向振動(dòng)（一凹一凸一凹一凸）1.29061719.696車頂左右中心2處沿Z軸方向振動(dòng)（一凹一凸）以及車門出現(xiàn)沿Y軸方向振動(dòng)1.54218821.830乘坐室底部2處出現(xiàn)沿Z軸方向振動(dòng)（一凹一凸）1.13216922.795乘坐室頂部2處出現(xiàn)沿Z軸方向振動(dòng)（一凹一凸）以及X軸和Y軸方向的振動(dòng)1.784571023.554乘坐室底部出現(xiàn)4處沿Z軸方向的振動(dòng)（一凹一凸一凹一凸）1.14026車輛乘坐室結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析諧波激勵(lì)是最簡(jiǎn)單的激勵(lì)，之所以簡(jiǎn)單，是因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)于諧波激勵(lì)的響應(yīng)任然是頻率相同的諧波。但是，由于線性系統(tǒng)滿疊加原理，因此，任何復(fù)雜的激勵(lì)可先分解為一系列的諧波激勵(lì)，而系統(tǒng)的總響應(yīng)可由疊加各諧波響應(yīng)得到。因此，掌握了諧波響應(yīng)分析方法，原則上就可以求一個(gè)線性系統(tǒng)在任何激勵(lì)下的響應(yīng)。任何持續(xù)的周期載荷將在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生持續(xù)的周期響應(yīng)（諧響應(yīng)）。諧響應(yīng)分析是用于線性結(jié)構(gòu)在承受是時(shí)間按正弦（簡(jiǎn)諧）規(guī)律變化的載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)并得到一些響應(yīng)值（本文研究的是位移）對(duì)頻率的曲線。從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進(jìn)一步觀察峰值頻率對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。該技術(shù)主要計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，而不考慮發(fā)生激勵(lì)開始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)。諧響應(yīng)分析使技術(shù)人員能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的持續(xù)動(dòng)力特征，從而使設(shè)計(jì)人員能夠驗(yàn)證其設(shè)計(jì)能否成功地克服共振、疲勞及其它受迫振動(dòng)引起的有害效果。諧響應(yīng)分析是一種線性分析。任何非線性特征，如塑性和接觸（間隙）單元，即使定義了也被忽略。分析中包含非對(duì)稱系數(shù)矩陣，如分析在流體－結(jié)構(gòu)相互作用的問(wèn)題。諧響應(yīng)分析也可以分析有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，如小提琴的弦（假定簡(jiǎn)諧力比預(yù)加的拉應(yīng)力小很多）。在本論文中，按照載荷作用位置不同，將諧響應(yīng)有限元計(jì)算分兩種情況進(jìn)行。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車輛乘坐室的激勵(lì)諧響應(yīng)1）選擇MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，出現(xiàn)NewAnalysis對(duì)話框，選擇分析類型為Harmonic，如圖所示，單擊【OK】關(guān)閉對(duì)話框。2)選擇MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions命令，出現(xiàn)HarmonicAnalysis對(duì)話框，在【HROPT】Solutionmethod下拉菜單中選擇ModeSuperpos’n，在【HROUT】菜單中選擇Amplitud+phase，其他采取默認(rèn)設(shè)置。圖6.1動(dòng)態(tài)響應(yīng)設(shè)置對(duì)話框3）單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)ModeSupHarmonicAnalysis對(duì)話框，在【HROPT】Maximummodenumber輸入欄中輸入10，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，單擊【OK】按鈕。4）選擇MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Time/Frequence>FrepandSubstps命令，出現(xiàn)HarmonicFrequencyandSubstepOption對(duì)話框，在【HARFRQ】Harmonicfreqrange輸入欄中分別輸入0、200，在【NSUBST】Numberofsubsteps輸入欄中輸入50，在【KBC】Steppedorrampedb.c選項(xiàng)中選擇Stepped，如圖所示，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖6.2頻率設(shè)置對(duì)話框5）選擇MainMenu>Solution>LoadStepOpts>OutputCtrls>DB/ResultsFile命令，出現(xiàn)ControlsforDatabaseandResultsFileWriting對(duì)話框，在【FREQ】Filewritefrequency一欄中選中EveryNthsubstp選項(xiàng)，其余選項(xiàng)采用采用默認(rèn)設(shè)置，如圖所示，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖6.3頻率輸出對(duì)話框6）選擇MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines命令，出現(xiàn)ApplyU，ROTonAreas拾取菜單，用鼠標(biāo)選取汽車底部邊緣線，單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)ApplyU，ROTonKPs對(duì)話框，選擇ALLDOF，單擊【OK】按鈕關(guān)閉對(duì)話框。7）選擇MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，出現(xiàn)ApplyF/MonNodes拾取菜單，用鼠標(biāo)在ANSYS顯示窗口選擇位于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部位230節(jié)點(diǎn)，單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)ApplyF/MonNodes對(duì)話框，在LabDirectionofforce/mom下拉菜單中選擇‘FZ’選項(xiàng)，在【VALUE】Realpartofforce/mom輸入框中輸入-20，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框，如圖所示圖6.4載荷設(shè)置對(duì)話框圖6.5發(fā)動(dòng)機(jī)部位（節(jié)點(diǎn)230）施加載荷8）選擇MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS命令，出現(xiàn)SolveCurrentLoadStep對(duì)話框，同時(shí)出現(xiàn)/STATUSCommand窗口，單擊其上的File>Close命令，關(guān)閉該窗口，單擊SolveCurrentLoadStep對(duì)話框上的【OK】按鈕，ANSYS將求解計(jì)算。9）求解結(jié)束時(shí)，出現(xiàn)Note提示框，單擊【Close】按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。10）從主菜單命令中選擇MainMenu>TimeHistPostpro，Time-HistoryVariables對(duì)話框出現(xiàn)。11）選擇菜單命令Openfile，打開qiche.rfrq文件，同時(shí)打開flie.db數(shù)據(jù)文件。如下圖所示。圖6.6文件輸出選擇對(duì)話框12）選擇MainMenu>TimeHistPostpro>DefineVariables命令，出現(xiàn)DefineTime-HistoryVariables對(duì)話框，單擊【Add】按鈕，出現(xiàn)AddTime-HistoryVariables對(duì)話框，選擇NodalDOFResult，單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)DefineNodalData拾取菜單，選擇汽車底部前部，在欄中輸入459，單擊【OK】按鈕，出現(xiàn)DefineNodalData對(duì)話框，在選擇MainMenu>TimeHistPostpro命令的時(shí)候同時(shí)彈出TimeHistoryVariables窗口，在NameUser-specifiedlabel輸入欄中輸入U(xiǎn)X，在Item,CompDataitem一欄中選擇DOFsolution>TranslationUX，單擊【Apply】按鈕，參照上面的步驟依次定義節(jié)點(diǎn)431，403，291，312，347，165，175在UX,UY和UZ的變量。圖6.7檢測(cè)點(diǎn)選擇對(duì)話框6.2發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車輛乘坐室結(jié)構(gòu)激勵(lì)諧響應(yīng)結(jié)果分析以下圖片是對(duì)汽車重要部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)諧響應(yīng)的頻率——振幅圖表6.1檢測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)291347312459431403165175壁板乘坐室前擋風(fēng)玻璃乘坐室后擋風(fēng)玻璃乘坐室頂蓋乘坐室底板前部乘坐室底板中部乘坐室底板后部前面車門后面車門圖6.8（a）節(jié)點(diǎn)（459）Z方向的振幅響應(yīng)曲線圖6.8（b）節(jié)點(diǎn)（459）X方向的振幅響應(yīng)曲線圖6.8（c）節(jié)點(diǎn)（459）Y方向的振幅曲線圖6.9（a）節(jié)點(diǎn)（431）Z方向的振幅曲線圖6.9（b）節(jié)點(diǎn)（431）X方向的振幅曲線圖6.9（c）節(jié)點(diǎn)（431）Y方向的振幅曲線圖6.10（a）節(jié)點(diǎn)（403）Z方向的振幅曲線圖6.10（b）節(jié)點(diǎn)（403）X方向的振幅曲線圖6.10（c）節(jié)點(diǎn)（403）Y方向的振幅曲線圖6.11（a）節(jié)點(diǎn)（291）Z方向的振幅曲線圖6.11（b）節(jié)點(diǎn)（291）Y方向的振幅曲線圖6.11（c）節(jié)點(diǎn)（291）X方向的振幅曲線圖6.12（a）節(jié)點(diǎn)（312）Z方向的振幅曲線圖6.12（b）節(jié)點(diǎn)（312）Y方向的振幅曲線圖6.12（c）節(jié)點(diǎn)（312）X方向的振幅曲線圖6.13（a）節(jié)點(diǎn)（347）Z方向的振幅曲線圖6.13（b）節(jié)點(diǎn)（347）Y方向的振幅曲線圖6.13（c）節(jié)點(diǎn)（347）X方向的振幅曲線圖6.14（a）節(jié)點(diǎn)（165）Z方向的振幅曲線圖6.14（b）節(jié)點(diǎn)（165）Y方向的振幅曲線圖6.14（c）節(jié)點(diǎn)（165）X方向的振幅曲線圖6.15（a）節(jié)點(diǎn)（175）Z方向的振幅曲線圖6.15（b）節(jié)點(diǎn)（175）Y方向的振幅曲線圖6.15（c）節(jié)點(diǎn)（175）X方向的振幅曲線圖6.16節(jié)點(diǎn)振幅最大——最小值結(jié)果分析：由459號(hào)測(cè)點(diǎn)可以看到，當(dāng)激振頻率在0—200Hz時(shí)，其節(jié)點(diǎn)x方向的位移出現(xiàn)一個(gè)峰值1.628mm、y方向的位移峰值為4.584mm、z方向的峰值為8.996mm。綜合觀察459號(hào)、431號(hào)、403號(hào)、347號(hào)和175號(hào)測(cè)點(diǎn)，變化趨勢(shì)基本相同，頻率振動(dòng)最大值都在頻率為20Hz附近。在觀察291號(hào)、312號(hào)、165號(hào)測(cè)點(diǎn)是，振動(dòng)圖像出現(xiàn)雙峰值，其相同點(diǎn)是雙峰之間的波谷都是20Hz，這說(shuō)明當(dāng)激振頻率在0——200Hz時(shí)，291號(hào)、312號(hào)、165號(hào)測(cè)點(diǎn)在x、y、z軸進(jìn)行著有規(guī)律的、交替的振動(dòng)。6.3不平路面對(duì)車輛乘坐室的激勵(lì)諧響應(yīng)按照以上對(duì)汽車的諧響應(yīng)分析在汽車四個(gè)輪胎部位施加一定頻率（50Hz）的載荷，觀察汽車重要部位的頻率響應(yīng)。圖6.17施加載荷6.4不平路面對(duì)車輛乘坐室的激勵(lì)諧響應(yīng)結(jié)果分析參照發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽車乘坐室的振幅影響的分析步驟，對(duì)汽車模型進(jìn)行求解處理，對(duì)其重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻率分析：表6.2檢測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)291347312459431403165175壁板乘坐室前擋風(fēng)板乘坐室后擋風(fēng)玻璃乘坐室頂蓋乘坐室底板前部乘坐室底板中部乘坐室底板后部左前面車門左后面車門圖6.18（a）節(jié)點(diǎn)（454）X方向的振幅曲線圖6.18（b）節(jié)點(diǎn)（454）Y方向的振幅曲線圖6.18（c）節(jié)點(diǎn)（454）Z方向的振幅曲線圖6.19（a）節(jié)點(diǎn)（450）X方向的振幅曲線圖6.19（b）節(jié)點(diǎn)（450）Y方向的振幅曲線圖6.19（c）節(jié)點(diǎn)（450）Z方向的振幅曲線圖6.20（a）節(jié)點(diǎn)（405）X方向的振幅曲線圖6.20（b）節(jié)點(diǎn)（405）Y方向的振幅曲線圖6.20（c）節(jié)點(diǎn)（405）Z方向的振幅曲線圖6.21（a）節(jié)點(diǎn)（401）X方向的振幅曲線圖6.21（b）節(jié)點(diǎn)（401）Y方向的振幅曲線圖6.21（c）節(jié)點(diǎn)（401）Z方向的振幅曲線圖6.22（a）節(jié)點(diǎn)（291）X方向的振幅曲線圖6.22（b）節(jié)點(diǎn)（291）Y方向的振幅曲線圖6.22（c）節(jié)點(diǎn)（291）Z方向的振幅曲線圖6.23（a）節(jié)點(diǎn)（312）X方向的振幅曲線圖6.23（b）節(jié)點(diǎn)（312）Y方向的振幅曲線圖6.23（c）節(jié)點(diǎn)（312）Z方向的振幅曲線圖6.24（a）節(jié)點(diǎn)（347）X方向的振幅曲線圖6.24（b）節(jié)點(diǎn)（347）Y