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[有限元分析] 制动盘模态分析

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CATIA入门教程 发表于 2019-4-19 15:08:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
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2019-4-19 15:08:01 7092 0 看全部
本帖最后由 CATIA入门教程 于 2019-4-19 15:23 编辑

  在之前的文章中,我们介绍过模态分析,那什么是模态分析,模态也就是结构产生自由振动时的振动形态,也称为振型。每一个自由振动的固有频率都对应一个振型,因为结构件都是连续体,具有无限多的自由度(如果深究下去可以到分子、 原子层级的数量),所以其模态具有无穷阶。但汽车上通常所面对的频率非常有限,所以研究太高频率的模态并无太大意义,即使高频的噪声振动,通常限制在20000HZ 以下(自行思考原因)。有限单元法就是一种近似方法,可以比较正确的计算出足够多的结构振动模态。有限元中模态分析的本质是求方程的特征值问题,所分析的结构振动模态的“阶数” 就是指要求的对应数学方程的特征值的个数,将特征值从小到大排列就是阶次。
  模态分析的目标是确定系统的模态参数,即系统的各阶固有频率和振型,为结构系统的动力特性分析和优化设计提供依据。
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而作为制动工程师来说,制动盘的模态分析是怎么也绕不过去的一个话题,今天我们就来聊一聊制动盘做模态分析的方方面面。
  一    模态分析的目的
  毫无疑问,制动盘模态分析的最主要目的就是解决噪音问题,而噪音问题归根结底是振动,而作为制动噪音,其发生根源是由于摩擦片在制动盘上的切向振动造成的,所以如果制动盘在盘面内的切向扭转振型所对应的频率与摩擦片切向振型所对应的频率接近,很容易诱发加剧摩擦片的振动。所以制动盘的模态分析就是要发现制动盘面内扭转振动所对应的固有频率。如下图所示(面内扭转振动)。
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  二   具体操作步骤
  1.模型准备,CATIA中打开制动盘3D实体制动盘模型,关闭细小的圆角、倒角;
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  2.添加材料,在CATIA中添加铸铁材料,因为制动盘常用HT250材料,查材料手册,修改材料弹性模量(杨氏模量)泊松比以及密度;
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  3.划分网格,进入Advanced Meshing 环境,在弹出的对话框中选择Frequency Analysis分析模式,进行约束模态分析;
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  选择3mm尺寸的一介四面体网格进行制动盘实体网格的划分。

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  对网格进行必要的分析检查。

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  为了方便,还可以选择网格可视化中的网格质量可视化模式。
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  网格可视化工具条中,还可以做出网格截面显示,对于比较大型的实体网格我们可以通过这种方式,观察期内部网格。
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  4.添加材料、3D属性。从开始菜单,进入常规分析模块。因为材料我们在第一步中已经添加,所以直接选取3D属性,并选择几何实体part,实体中的材料会自动带入属性;
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  更多关于CATIA CAE方面的内容请参考CATIA CAE系列课程。
  5.添加约束,对于制动盘来说,绕其自身的旋转是不能限制的,所以我们限制安装面内的其他5个自由度;
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  6.设置分析模态阶数,双击Frequency Case Solution,在弹出的对话框中可以设置需要分析的前几阶模态;
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  7.解算,点击解算按钮….查看结果,在解算完成之后即可查看模态结果,像制动盘这样大型的旋转对称部件,有很多对的重根模态.所谓重根模态就是固有频率相同,而振动相差一个相位的形式,如下图示:
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  三   总结
  制动盘的模态分析步骤大致如此,另外这是分析约束模态的方法。如果要判断制动盘有限元分析结果与产品实际真实模态的一致性,我们还需要做自由模态分析,因为产品出来之后实际测量的是它的自由模态。自由模态分析的操作方法更简单,不需要设置约束,其他步骤相同。

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