汽车磁流变液压悬置的模态分析和结构优化.pdf

汽 车 磁 流 变 液 压 悬 置 的模 态 分 析 和 结 构 优 化 口苏思超 口李俊 口袁杰 口王哲 重庆大学 机械工程学院重庆4 0 0 0 4 4 摘要 通过分析汽 车磁 流变液压 悬置 的结构和 工作 环境 ， 绘 制 出悬置 实体模 型 ， 导入 A N S Y S Wo r k b e n c h中进行模 态分析 ， 得 到悬置前六阶模 态振 型图。分析 悬置在不 同固有频率下的 变形情况 ， 为磁流 变液压悬置的动态性 能提供分析评 估 ． 以及为磁 流变液压悬置的结构 和性 能的改善提供理论参考 。 关键词 磁 流变液压悬 置 模态分析 固有振型 动态 性能 中图分类 - T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 3 0 4 0 0 1 3 04 随 着 汽 车 工 业 迅 猛 发 展 。 对 汽 车 舒 适 性 能 要 求 越 来 越 高 。 悬 置 作 为 汽 车 隔 振 减 噪 的 重 要 装 置 ． 可 有 效 提 高 车 辆 的 隔 振 性 能 ， 并 且 是 降 低 汽 车 振 动 提 高 汽 车 舒 适 性 的 重 要 装 置 。 本 文 利 用 ANS YS Wo r k b e n c h对 磁 流 变 液 压 悬 置 进 行 模 态 5 - - ， 分 析 其 各 阶 固 有 频 率 、 变 形 特 征 和 部 位 ， 为 磁 流 变 液 压 悬 置 的 材 料 选 择 、 结 构 设 计 与 优 化 提 供 理 论 依 据 。 1 磁流 变液压悬置原理简 介 磁流变液压悬置应用了磁流变液 Ma g n e t o r h e o l o g i c a l F l u i d， MRF 这 种 新 型 智 能 材 料 作 为 工 作 介 质 。在 磁 场 作 用 下 磁 流 变 液 变 成 可 控 流 变 流 体 ， 产 生 明 显 的 磁 流 变 效 应 Ma g n e t o r h e o l o g i c a l E f f e c t ， MRE [ 1 - 2 ] 。 图 1为 磁 流 变 液 压 悬 置 的结 构 简 图 。 在 通 电 工 作 状 态 下 。 线 圈 通 过 外 加 电 流 产 生 磁 场 ， 惯 性 通 道 中 的 磁 流 变 液 的 磁 性 颗 粒 被 磁 化 。从 而 在 流 体 内 部 形 成 有 组 织 的 链 状 结 构 或 柱 状 结 构 。 此 时 ， 磁 流 变 液 的 黏 度 会 急 剧 增 大 ， 屈 服 应 力 成 倍 增 加 。 表 现 为 类 似 于 固 体 的 性 质 ， 而 在 外 加 磁 场 撤 除 时 。 流 体 又 恢 复 原 来 的 流 动 性 质 。 即 在 液 态 和 固 态 之 间 进 行 快 速 可 逆 的 转 换 ， 且 这 种 转 换 是 在 毫 秒 量 级 的 时 间 内 完 成 的 。 该 过 程 中 ． 磁 流 变 液 的 黏 度 保 持 连 续 、无 级 变 化 。 整 个 转 换 过 程 极 快 。 能 耗 小 ．可 实 现 主 动 控 制 。 因 此 可 依 据 外 界 要 求 ． 快 速 地 改 变 悬 置 的 ▲图1 磁流变液压悬置结构示意图 道 动 态 特 性 ， 提 高 磁 流 变 液 压 悬 置 的 抗 振 减 噪 性 能 。 理 想 的 磁 流 变 液 压 悬 置 系 统 应 兼 有 低 频 大 刚 度 、 大 阻 尼 和 高 频 小 刚 度 、 小 阻 尼 的 特 性 ． 以 满 足 不 同 的 工 作 状 态 要 求 。 通 过 对 线 圈 通 电 、断 电 以及 对 电 流 大 小 的 控 制 ， 改 变 惯 性 通 道 中磁 流 变 液 的 工 作 状 态 ， 使 磁 流 变 液 压 悬 置 达 到 理 想 的 动 特 性 要 求 。 同 时 当 磁 流 变 液 在 惯 性 通 道 中 的 状 态 变 化 过 程 中 ． 磁 流 变 液 压 悬 置 系 统 的 模 态 阵 型 、 模 态 频 率 等 模 态 参 数 肯 定 会 发 生 改 变 。 一 通 过 模 态 分 析 ，研 究 磁 流 变 液 压 悬 置 在 通 电 的 工 作 状 ’ ， ’， ，l ， ， ，’ I t ． ，’ ，’ ， ’ ’， ， ’ ， ， l ， ’， ●’ ， ， ’ ， l’ l ，， ， ’ ，’ ’ ， l l ， ，’ ， ， l， ， ， ’ ， l ， -， ， ，， 4结论 本 文 介 绍 了 一 种 用 于 海 上 钻 井 平 台 升 降 机 构 减 速 箱 的 有 限 元 建 模 与 动 态 仿 真 方 法 ．前 者 用 于 建 立 多 级 混 合 式 行 星 传 动 系 统 的 刚一柔 多 体 模 型 ， 而 后 者 则 在 ADAMS环 境 下 完 成 ， 仿 真 结 果 表 明 ， 系 统 的 主 要 振 动 源 是输 入 、 输 出轴上 齿轮 的啮合力 波 动 ， 而系 统 主要承 载 部 件 的 静 、 动 态 强 度 是 足够 的 。 参 考 文 献 [ 1 ] 李润方 ， 王建军． 齿轮 系统 动力学 [ M] ． 北 京 科 学 出版社 ， 机械制造5 1 卷 第5 8 4 期 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 1 9 9 7 ． 王建军． 计入 内齿 圈弹性的直齿行 星传 动动力学研究 [ D] ． 天津 大学， 2 0 0 6 ． 孙涛， 沈允 文， 孙 智民． 行 星齿轮传 动非线性 动力学 模型 与 方程[ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 0 2 ， 3 8 3 6 1 0 ． 余伟炜，高炳军． A N S Y S在机械与化工装备中的应用[ M] ． 北京 中国水利水电出版社， 2 0 0 6 ． 徐亮 ， 杨文涛． A D A MS建模 与分析实例 [ M] ． 北 京 化学工 业出版社 ． 2 0 o 8 ． △ 编 辑 小 前 2 0 1 3 ／ 4 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 种 等 八 伺 形 状 优 化 韵 网 格 更 新 方 法 口李杨 口张卫红 口蔡守宇 西北工业大学 现代设计 与集成制造技术教育部重点实验室西安7 1 0 0 7 2 摘要 等几何分析方法 I s o g e o m e t r i c A n a l y s i s， I G A 采 用 N U R B S实现 了计算机辅助几何设计 C AD 、 有限元分析 F E A 和结构优化的无缝连接 。该方法将 几何模型边界的 N U R B S控制点作为设计 变量 ， 使优化过程大大简化 。然而 ， 优 化过程 中由于设计 变量的 大幅 变化使 相邻控制 点距 离过近或过远 ， 导致 网格重 叠与畸形 、 计算精度降低甚至迭代过程 中 断 为此 ． 提 出一种基于 N U R B S 控 制点间距 的网格更新方法 ， 取得 了良好的效果。 关键词 等几何分析 形状优化N U R B S 网格更新 中图分类号 T H1 2 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 3 0 4 0 0 1 6 一 o 4 结 构 形 状 优 化 旨在 通 过 修 改 结 构 内 外 边 界 几 何 形 状 ， 改 善 结 构 特 性 如 降 低 应 力 集 中 、 提 高 刚 度 、 减 轻 结 构 质 量 ， 主 要 包 括 三 步 参 数 化 几 何 模 型 的 建 立 ； 结 构 响 应 分 析 和 灵 敏 度 计 算 ； 优 化 算 法 的 实 现 。 在 优 化 过 程 中 ， 用 于 描 述 结 构 几 何 形 状 的 参 数 作 为 设 计 变 量 ， 结 构 质 量 与 响 应 如 应 力 、 柔 顺 度 、 频 率 等 作 为 目标 函数 和 约 束 。 传 统 的 形 状 优 化 方 法 采 用 计 算 机 辅 助 几 何 设 计 CAD 进 行 几 何 建 模 ， 即 利 用 B e z i e r 、 B样 条 或 非 均 匀 有 理 B样 条 NURB S 参 数 化 描 述 。 由 于 C AD 模 型 无 法 直 接 用 于 有 限 元 分 析 F E A ， 需 要 划 分 有 限 元 网 格 后 进 行 分 析 和 优 化 [ 1 ] ， 几 何 模 型 C AD 和 分 析 模 型 F EA 相 互 孤 立 。 如 图 1 a 所 示 。 I GA 方 法 将 NURB S基 函 数 不 仅 用 于 参 数 化 几 何 建 模 ， 而 且 用 于 力 学 场 计 算[ 2 J ， 实 现 了 几 何 模 型 C AD 、 分 析 模 型 I GA 和 优 化 模 型 的 无 缝 连 接 ， 如 图 1 b 所 示 。 由 于 C AD 模 型 直 接 用 于 等 几 何 分 析 ， 几 何 形 状 的 精 确 表 示 使 分 析 精 度 提 高 。 目前 ， 基 于 I GA 的 形 状 优 化 已被 成 功 应 用 于 平 面 线 弹 性 问 题 [ ] 、 三 维 线 弹 性 问 题 l 6 ] 、 梁 结 构 [ 7 3 和 振 动 腔 问 题 。 基 于 T样 条 和 C o o n s曲 面 的 几 何 参 数 化 方 法 也 被 应 用 于 等 几 何 形 状 优 化 中 ] 。 然 而 ．优 化 迭 代 过 程 中 NURB S控 制 点 的 大 幅 变 收稿 日期 2 0 1 2年 1 1月 化 ， 时 常 使 相 邻 控 制 点 距 离 过 近 或 过 远 ， 甚 至 出 现 网格 重 叠 畸 形 ， 需 要 在 迭 代 过 程 中 进 行 网 格 更 新 。 文 献 [ 3 ] 采 用 内 部 控 制 点 的 位 置 与 边 界 控 制 点 的 位 置 成 固 定 比 例 的方 法 控 制 网 格 ， 这 种 方 法 虽 然 简 单 但 缺 乏 通 用 性 。 文 献 [ 9 ] 采 用 虚 拟 位 移 载 荷 法 ， 把 边 界 控 制 点 的 变 化 量 作为 一个 弹性 辅 助系统 的位 移边 界 载荷 处理 ，通过 求 解 相 应 的 线 性 方 程 组 得 到 内 部 控 制 点 的 变 化 量 。方 法 较 为 通 用 ，但 是 每 次 迭 代 之 后 相 当 于 要 额 外 进 行 一 次 有 限 元 分 析 ， 效 率 较 低 。 本 文 借 鉴 文 献[ 1 1 ] 空 气 动 力 学 中 的 网 格 调 整 策 略 。 采 用 基 于 NURBS控 制 点 间 距 的 网 格 更 新 方 法 ， 进 行 I GA 形 状 优 化 。 首 先 简 要 介 绍 I GA 方 法 、 相 应 的 形 状 优 化 模 型 ， 然 后 建 立 网格 更 新 方 法 ， 最 后 给 出 平 面 线 弹 性 形 状 优 化 算 例 。 1 I GA等 几何 分析方法 对 于 平 面 线 弹 性 问题 的 I G A 离 散 形 式 为 ll l 2 ． [ 2 ] S a n g - Wo n C h o ， Hy u n g - J o J u n g ， I n Wo n L e e ． S m a r t P a s s i v e S y s t e m B a s e d o n Ma g n e t o r h e o l o g i c a l D a m p e r[ J 1 ． S ma r t Ma t e r ， 2 0 0 5 1 4 7 0 7 7 1 4 ． [ 3 ] 张力． 模态分析 与实验 [ M] ． 北京 清华 大学 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 4 ] 许本文 ， 焦群英． 机械振动与模态分析基础[ M] ． 北京 机械 2 0 1 3 ／ 4 工业 出版社 ． 1 9 9 8 ． [ 5 ] 浦广益．A N S Y S Wo r k b e n c h 1 2基础教程与实例详解[ M] ． 北京 中国水利水 电出版社 ． 2 o 1 O ． [ 6 ] 王文斌 ， 林忠钦． 机械设计手册 新版第 1 卷 [ M] ． 北京 机 械工业出版社 ， 2 0 0 4 ． △ 编辑 小 前 机 械 制 造 5 1 卷第 s 8 4 a 蠢 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m