工程车驾驶室模态灵敏度分析及结构优化

摘要

近年来，国家大力支持基建项目的开发，工程作业量的增加使得工程车辆的使用愈加广泛。工程车驾驶室是工程车辆的关键总成，其负载变化频繁且作业环境恶劣，整体的安全可靠性及振动舒适性较差。因此，减小工程车驾驶室与外界激励频率产生动态干扰的可能性，改善工程车驾驶室动态特性具有非常重要的工程价值和现实意义。
　　本文以振动理论为基础，综合运用了有限元模拟仿真技术、试验模态分析技术以及结构优化等方法，对某矿用车驾驶室动态特性进行了研究。在创建的矿用车驾驶室三维模型基础上，应用有限元前处理软件Hypermesh构建了矿用车驾驶室的有限元模型，并运用Radioss求解器对驾驶室低阶模态进行了仿真运算，获取了表征该矿用车驾驶室动态性能的数值模态参数，并从驾驶室低阶固有频率以及模态振型的角度构建了工程车驾驶室的模态评价体系;与此同时，对该矿用车实车驾驶室应用模态测试技术进行了试验模态分析，通过试验结果与计算模拟仿真结果的对比验证了驾驶室有限元模型的可靠性。针对该矿用车驾驶室存在的一阶整体扭转频率与发动机怠速爆发频率较为接近的问题，对该矿用车驾驶室进行结构的尺寸优化。为了避免结构优化的盲目性，在有限元模型可信的基础上，本文对驾驶室主要部件进行了以板厚为基础的频率灵敏度分析与质量灵敏度分析，找出了整个驾驶室结构中对模态频率和驾驶室总质量较为敏感的部件，为实现合理优化奠定了基础;最后依据相对灵敏度分析结果选取了该驾驶室中的30个部件，在Optistruct优化软件的环境下，以其板厚大小为优化参数，以提高一阶整体扭转频率为优化目标，以驾驶室总质量为优化约束条件进行了该矿用车驾驶室结构的尺寸优化，得到了最佳的板厚参数组合，并对优化后的模型进行了验证校核。
　　本文较为系统地对大型工程车驾驶室的动态特性进行了研究，通过模拟仿真分析、试验验证以及结构优化等技术，在轻量化的条件下提高了驾驶室的一阶整体扭转频率，改善了矿用车驾驶室动态特性，提高了驾驶室的振动舒适性，并为国内大型工程车辆驾驶室的设计开发和研究提供了参考。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景、意义及来源

1．1．1 课题研究的背景和意义

1．1．2 课题来源

1．2 模态分析与结构优化的技术研究现状与发展趋势

1．2．1 模态分析技术的研究现状及趋势

1．2．2 结构优化方法的研究现状及趋势

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 有限元法与模态分析基本理论

2．1 有限元法理论基础

2．1．1 有限元法的基本思想

2．1．2 有限元法的分析步骤

2．1．3 有限元分析相关软件

2．2 模态分析基本理论

2．2．1 实模态分析基本理论

2．2．2 频响函数

2．2．3 模态参数识别

2．3 本章小结

第三章 工程车驾驶室有限元建模与数值模态分析

3．1 矿用车驾驶室有限元模型的建立

3．1．1 驾驶室结构简化

3．1．2 简化模型的几何清理

3．1．3 网格划分及质量控制

3．1．4 连接方式的模拟

3．1．5 矿用车驾驶室白车身有限元模型

3．2 矿用车驾驶室数值模态分析

3．2．1 数值模态分析的目的及意义

3．2．2 模态分析的边界条件

3．2．3 数值模态分析的方法及步骤

3．2．4 矿用车驾驶室数值模态分析结果

3．3 矿用车驾驶室模态评价体系的建立

3．4 本章小结

第四章 工程车驾驶室试验模态分析

4．1 试验模态分析简介

4．2 矿用车驾驶室模态试验

4．2．1 试验目的及试验设备

4．2．2 试验结构支承方式的确定

4．2．3 激励系统的确定

4．2．4 激励点与响应点的选择

4．3 试验数据采集及结果分析

4．4 本章小结

第五章 工程车驾驶室低阶灵敏度分析及结构优化

5．1 引言

5．2 结构动力学修改方法简介

5．3 灵敏度分析理论基础

5．4 矿用车驾驶室灵敏度计算及结果分析

5．5 矿用车驾驶室结构优化

5．5．1 优化设计变量

5．5．2 约束函数与目标函数

5．5．3 优化计算与结果分析

5．6 本章小结

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目

声明