汽车挡风玻璃洗涤液喷水壶模态与频响分析.pdf

汽车挡风玻璃洗涤液噴水壶模态与频响分析
何锋,冯春亮
(贵州大学机械学院,贵州贵阳550025)
摘要:建立了汽车挡风玻璃洗涤液喷水壶三维模型,对模型进行了模态分析和频率响应分析,找出了该产品结构的薄弱部位
为产品结构优化提供了参考。
关键词:喷水壶;有限元;模态分析;频率响应
Modal and Frequency Response Analysis for Windshield Washer Reservoir of Vehicles
HE Feng. FENG Chunliang
( College of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)
Abstract: A three dimensional(3D)) model of the windshield washer reservoir was set up. The weak parts of the product structure were
found out by making the modal and frequency response analysis to the model. The reference is provided to the product structure optimization
Keywords: Washer reservoir: Finite element; Modal analysis; Frequency response
0引言
1.2划分网格
汽车挡风玻璃洗涤液喷水壶是汽车洗涤液的盛放容器,由
对建立好的三维模型进行网格划分,其中对网格数量、网
壶体及前下、前上、右后上、后下4个支架组成。由于多数汽格疏密度、单元阶次、网格质量等进行合理调整,主要单元指
车的喷水壶安装在发动机附近,振动环境较恶劣,且汽车行驶标如表1所示。
中壶体加入洗涤液后受到液体载荷的冲击,各个支架受力不均
等,导致壶体开裂、支架处松动等问题。在批量生产前,为了
表1主要单元标准
验证洗涤液喷水壶动态特性是否满足要求,对其进行CAE分
翘曲度
≤12°
析。
雅克比
≥0.7
通过建立某车型用挡风玻璃洗涤液喷水壶三维模型,运用
四边形最小角
有限元分析软件对其进行约束模态分析和频率响应分析,以验
三角形最小角
15°
证其在正常工况下各部分的应力应变是否满足要求,保证产品
歪斜度
≤60
可靠性。
长宽比
模态分析是研究结构固有振动特性的方法,通过模态分析
可以了解结构的共振区域,验证三维模型是否正确。频响分
四边形最大角
角形最大角
105°
析是用来计算结构在稳态振动激励下的响应的方法,可以得到
系统结构的响应与频率之间的关系?。两者结合分析有限元模
型,便可以较好地验证模型的动态特性。
网格刘分完成后的有限元模型如图1所示。模型中,节点
运用有限元分析软件 Nastran对喷水壶三维模型进行约束
总数为17961个,单元数为18127个。
模态与频率响应分析,通过读取结果并对结果分析便可以
得到洗涤液喷水壶的动态特性,且验证其动态特性是否合理。
1建立洗涤液喷水壸有限元模型
1.1建立模型
在尽量保持喷水壶主要特征、不改变其力学性能的前提
下,忽略某些对模型整体力学性能影响较小的几何特征(如四
槽、小孔等),对喷水壶进行简化。建立简化后的喷水壶三维
模型。
图1洗涤液喷水壶有限元模型
基金项目:贵州省工业攻关项目(黔科合CZ字(2011)3002)
收稿日期:2013-03-20
通信作者:冯春亮,E-mail:584093175@q.com。
研究与开发
Automobile Parts 2013.11
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模型中长度单位为mm,力单位为N,质量单位为t,重力
Corl our Plot
SUECASE 1=MODAL: Mode 1, Frequancy- 3.57BECC1HZ
Frame 1: Angie 0.0000
加速度取g=9.8m/s2。洗涤液壶本体及支架有限元网格大小
78E+01
按照4m进行划分,单元类型为 CQUAD4及少量 CTRIA3板
60B4E0
壳单元。洗涤液壸本体和支架之间的连接采用节点融合的方式
172E01
431E
实现。
3.4BE1
2586E+01
724E+01
1.3施加载荷
施加载荷过程中,洗涤液壶本体及支架的质量通过分析软
件的属性选项卡自动实现;洗涤液壶装载液体的质量通过修改
洗涤液壶本体材料密度进行质量匹配。该洗涤液壶加水总质量
为4.5kg
图3洗涤液壶约束模态位移变形结果
2约束模态分析
2.1边界条件
Contour Pict
SUBCASE 1= MODAL Made1, Frequency= 3 678e
train Energy)
Frame 1. Anale 0
边界条件:约束洗涤液壶4个支架位置螺栓孔连接处6个
2日0EQ
方向自由度,如2所示。
2459E402
2108E02
1767E402
14O6E402
5E02
044E1
3595E01
2572E0
Node 24019
图4洗涤液壶约東模态应变能结果
图2洗涤液喷水壶边界条件
2.4结果分析
在30~40Hz频率范围内,洗涤液壶只有1阶模态出现
根据洗涤液壺试验溦振频率的特点,约束模态考察范围选主要振型为前后方向摆动,固有频率为36.78Hz;从模态应变
取30~40Hz
能结果可以看出,此时能量主要集中在洗涤液壶的前下支架
上,其余支架及本体应变能较小。
2.2施加材料特性
洗涤液壶本体及支架材料为PH,该材料具有优异的耐热3频率响应分析
氧老化和光老化性能,以保证零件在恶劣环境下的安全性。材
在4个支架约束处同时分工况强迫施加前后、左右、上下
料特性如表2所示。
方向的加速度,加速度为3g。
分析得到频率响应结果部分图形如图5-7所示。
表2材料特性
材料
PP4
SUBCASE 1-MODAL FR
Y RESPONSE ANALYSS 3G ACCELERATION:, 35740
弹性模量/MPa
896
泊松比
0.41
密度/(t·mm3)
9.1×10
屈服强度/MPa
≥30
模态分析
边界条件与材料属性施加完成后,对其进行约束模态分
Mai Vale 56999
析。分析结果显示,在30~40Hz频率范围内只有1阶模态出
现,模态位移变形结果及应变能结果如图3、图4所示。
图5前后激励工况频响应力结果(36.79Hz)
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