1、基于ABAQUS汽車輪轂模態分析一.研究汽車模態的意義二.模態分析與汽車NVH問題NVH概念NVH解決的問題NVH特性研究方法三. 輪轂實例分析一.研究汽車模態的意義使整車中各部件模態分離，防止各部件之間共振引起的振動噪聲問題。是整車中各部件與發動機的怠速頻率分離，防止整車中部件在怠速時因發動機激振而共振。研究各部件模態頻率與發動機階次激勵中的重合點，防止在重合點出振動噪聲放大。研究各部件模態頻率與路面激振頻率的重合，防止路面激振帶來的振動噪聲和平順性問題。研究人體敏感頻率和車身、座椅等系統的頻率重合，增加駕駛員和乘客的舒適度感覺。汽車結構動態設計在建立了汽車整車振動模型后，汽車結構的動態設計

2、成為了可能，其步驟是：建立汽車整車的振動模型計算汽車在各種工況下的振動響應提出改進目標函數，確定應該修改的部件結構參數修改量的計算1. 以原整車模型為基礎，利用攝動法或者其他方法導出經過修改過的汽車整車振動模型模態分析在汽車工程的作用模態分析的最終目標是識別出整車系統以及子系統的模態參數，為結構的系統振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。模態分析的應用可以歸結為以下幾個方面：評價現有結構系統的動態特性在新產品設計中進行結構動態特性的預估和優化設計診斷及預報結構系統的故障控制結構的輻射噪聲 識別系統的載荷二.模態分析與汽車NVH問題NVH概念NVH是英文noise（

3、噪聲）、vibration（振動）、harshness（聲振粗糙度）的縮寫。NVH反映的是乘員感受到的噪聲、振動以及相關的動態不舒適性。聲振粗糙度描述的是噪聲和振動使人不舒適的感覺，因此有人稱之為不平順性。總之，它是人體對振動和噪聲的主觀感受，與振動和噪聲的瞬態性質有關，不能直接用客觀測量方法來度量。NVH問題概述1.噪聲問題主要包括發動機噪聲、進排氣噪聲、輪胎噪聲、傳動系齒輪嚙合噪聲、車內板振動噪聲，制動噪聲等。2.振動問題主要包括乘客感覺到的方向盤、底盤和座椅的抖動，發動機運動件的不平衡旋轉和往復運動、曲軸的變動氣體負荷、傳動軸萬向節變動力矩引起的振動等。3.聲振粗糙度問題降低乘客感受到的

4、汽車非平穩運動、顛簸、沖擊和刺耳的異常噪聲等引起的不舒適問題。解決NVH問題的方法1.對振動源和噪聲源的控制改善產生振動和噪聲的零部件的結構，改善其振動特性，避免產生共振；改進旋轉原件的平衡；提高零部件的加工精度和裝配質量，減小相對原件之間的沖擊與摩擦；改善車身結構，提高剛度等。2.對振動和噪聲的傳遞途徑控制采用阻尼元器件減小振動，比如懸架中的扭振減振器，減振彈簧等；分析改進元件結構，提高密封性能；采用各種隔音材料的應用，研究隔音結構，提高汽車內部的隔音性能。NVH特性的研究方法1.多體系統動力學法主要應用于底盤懸架系統、轉向傳動系統低頻范圍的建模與分析。2.有限元法一方面，可用于研究車身結構

5、振動；另一方面，可用于對車室內部空腔噪聲分析。3.統計能量分析法將系統分解為多個子系統，研究他們之間的能量流動和模態響應的統計特性。適用于結構、聲學等系統的動力學分析。4.邊界元法研究車體振動和車室內部空腔噪聲的聲固耦合系統。三.輪轂分析實例輪轂是汽車的重要部件，由于它不但要承受整車的重量，通過轉動的輪胎還要承受水平方向的作用力和由路面傳來的沖擊力等交變載荷，制動力也會作用在輪轂上，如此復雜的工作條件使得對輪轂的要求越來越高。它直接影響汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性及外觀形象，對汽車整體能源消耗，輪胎的壽命都有較大的影響。為什么進行輪轂模態分析？ 輪轂的基本結構 輪輞是汽

6、車輪轂上與輪胎直接接觸的部分，起到支撐輪胎的作用。在輪輞的兩側突起部分有胎圈座和輪緣組成，胎圈座與輪胎的胎圈直接接觸的部分起到支持輪胎半徑方向力的作用；輪緣起到保持并支撐輪胎方向的作用。此外，輪輞上還有放置輪胎氣門嘴的氣門孔。 輪輻是連接輪輞與中心孔的部分，起到重要承載作用。它的強度決定了輪轂整體強度。輪輞輪輻螺栓孔中心孔輪轂通常由輪輞和輪輻兩部分組成 輪轂的分類 按車輪材質：可分為鋼制、鋁合金、鎂合金等車輪 鋼制輪轂最主要的優點就是制造工藝簡單，成本相對較低，而且抗金屬疲勞的能力很強，也就是我們俗稱的便宜又結實。但鋼質輪轂的缺點也相對比較突出就是外觀不夠美觀，重量較大慣性阻力大，散熱性也比較

7、差，而且非常容易生銹。鋁合金材質輪轂重量較輕，慣性阻力小，制作精度高，在高速轉動時的變形小，慣性阻力小，有利于提高汽車的直線行駛性能，減輕輪胎滾動阻力，從而減少了油耗。合金材質的導熱性能又是鋼的三倍左右，散熱性好，對于車輛的制動系，輪胎和制動系統的熱衰減都能起到一定的作用。鎂合金材質輪轂重量比鋁合金還要輕，慣性阻力更小，制作精度更高，近年來在豪華車型有所應用，不過成本比較高，價格較貴。按輪輻分：有輻板式和輻條式兩類。輻條式：車輪有可分為鋼絲輻條式車輪（A）和鑄造輻條式車輪（B），A輪輞的結構和自行車車輪相同，不過由于價格昂貴，且維修安裝不方便，故實際使用并不多；B輪輞是用螺栓和特殊形狀的襯塊固

8、定在輻條上，它多用于重型貨車上。鋼絲輻條式車輪（A）鑄造輻條式車輪（B）輻板式： 目前，普通轎車和輕、中型貨車普遍采用輻板式車輪，這種車輪如圖所示，由擋圈、輪輞、輻板和氣門嘴伸出口組成。車輪中用以連接輪轂和輪輞的鋼質圓盤稱為輻板，大多是沖壓制成的，少數是和輪轂鑄成一體，后者主要用于重型汽車。輻板式輪輞是目前應用最為廣泛的輪轂形式，它的特點是將輪輞和輪輻鑄成一體，優點是質量輕、尺寸精度高、某種程度上可以明顯改善車輪的空氣動力學特性，從而降低一部分汽車油耗。輻板式輪轂結構ABAQUS進行模態分析的具體步驟 1.部件 2.截面 3.裝配 4.分析步 5.相互作用 6.載荷 7.網格 8.作業（求解）

9、 9.可視化（后處理）ABAQUS單位1.部件創建部件1.利用ABAQUS的 CAD模塊建模2.外部導入2.截面屬性高端車或者高配車型一般全部用鋁合金輪轂，低檔或者低配車型的則大都使用鋼制輪轂。 定義材料屬性選擇鋁合金材料 密度為2.710-9t/mm3 彈性模量為70000MPa 泊松比0.33創建材料屬性創建截面屬性指派截面屬性3.分析步進入分析步模塊，分析步的類型選擇線性攝動分析步，然后選擇頻率分析，特征值求解器選擇lanczos，然后提取10階固有頻率 。4.載荷定義邊界條件：在實際工況中，輪轂軸承是通過法蘭盤輪轂的螺紋孔與螺栓固定聯接，所以對所有的螺栓孔處施加全約束。5.網格 首先選

10、擇的網格屬性為四面體自由網格劃分技術，然后選擇布種密度，根據實際劃分的疏密情況全局種子近似全局尺寸設置為8。單元類型選擇三維實體四面體C3D10單元類型，即十節點二次四面體單元6.后處理1階振型（輪輞型同向傾斜振動 ）2階振型（輪輞型同向傾斜振動 ）3階振型（輪輞扭轉振動）4階振型（輪輞前后振動） 5階振型（輪輞型反向傾斜的振動）7階振型8階振型6階振型9階振型10階振型鋁合金輪轂和鋼材輪轂固有頻率和特征值鋁合金輪轂鋼材輪轂鋼材和鋁合金材質的輪轂固有頻率對比曲線材料屬性為鋼的情況下車輪的固有頻率相對于材料屬性為鋁的情況下要偏高。材料屬性為鋼相對與材料屬性為鋁時的頻率的變化不大，可見材料性質對輪

11、轂的固有頻率影響不大。 鋁合金輪轂的優點1、省油、省油均勻每個鋁合金輪轂比一樣尺度的鋼輪轂輕2kg。依據日本實驗，5座的轎車重量每 減輕1kg，一年約節約20L汽油。而美國轎車工程師學會宣布的研究報告指出，鋁合金輪轂雖然比通常鋼輪轂貴，但每輛轎車跑到2萬km時，其所節約的燃 料費便足以抵回本錢。3、散熱好、散熱好鋁合金的熱傳導系數為鋼的3倍。散熱作用好，遠程高速行駛之時，也能使輪胎保持在恰當的溫度，使剎車鼓及輪胎不易老化。4、真圓度好、真圓度好精度高達0.05mm，工作平衡功能佳，有利于消除通常車身超長及方向盤顫動表象。5、堅固耐用、堅固耐用鋁合金輪轂之耐沖擊力、抗張力及熱力等各項強度較鋼輪轂要高。這也是鋁合金在國防工業、航空工業扮演重要的角色原因之一。6、美觀、美觀通常鋼輪轂因生產所限，形式單調板滯，缺乏改變;鋁合金輪轂則有林林總總的規劃，加上光澤、色彩作用好，然后提高了轎車的價值與美感。應用為了避免發生共振，輪轂的振動頻率要避開的外部激勵頻率。外部激振主要包括路面激勵頻率和發動機的振動頻率。根據工程經驗，高速公路和城市較好路面，路面激勵頻率多在 3Hz以下，凹凸不平路面激勵頻率一般低于11Hz。發動機振