基于ANSYS汽车转向柱的模态分析研究_王成华

基于ANSYS的转向架构架强度及模态分析杜文涛【期刊名称】《《科技视界》》【年(卷),期】2019(000)033【总页数】3页(P80-82)【关键词】转向架构架; ANSYS; 有限元; 强度; 模态; 疲劳【作者】杜文涛【作者单位】中国铁建高新装备股份有限公司云南昆明 650215【正文语种】中文【中图分类】U270.330 引言转向架是关系到铁路机车、车辆及大型养路机械设备运行安全的关键零部件。

特别是新设计转向架时，对其结构设计的合理性进行计算分析和试验验证显得尤为关键。

在样机生产之前对其结构设计的合理性进行分析验证，能够很大程度上减小设计风险，降低试验成本，提高设计的成功率。

1 转向架构架结构特点此转向架构架主要由横梁、变截面箱形侧梁、纵向梁组成。

此转向架与其他铁路机车车辆转向架相比具有以下特点：此转向架无芯盘和中心销，垂向力主要由左右两旁承承受；横向力主要由侧梁和横向减震器传递；纵向力主要由牵引座和牵引拉杆传递；转向架构架的主材质为Q345qE，主要安装座材质为Q345D。

其主要参数见表1。

表1 转向架构架基本计算参数images/BZ_86_271_2362_1252_3013.png2 转向架构架有限元模型图1 转向架构架有限元模型该转向架构架主要由薄板结构拼焊而成，构建有限元模型适合采用4节点壳单元Shell181对转向架构架进行离散。

转向架轴箱悬挂装置通过弹簧单元Combine14进行模拟，轮对通过3-D梁单元Beam188进行模拟，轴箱本身用Rigid刚性梁单元进行模拟。

模型采用空间笛卡尔坐标系，在该坐标系下，X轴指向车辆运行方向，Y轴与线路方向垂直，Z轴垂直于轨道平面，正方向为竖直向下。

模型共离散Shell181单元128260个，Beam188梁单元40个，Combine14弹簧单元4个，Cerig刚性梁单元32个。

如图1所示。

3 超常静载工况下转向架构架的静强度计算分析超常载荷就是验证转向架在运用时可能出现的最大载荷。

基于ANSYS汽车转向柱的模态分析研究作者：王成华孟广耀周忠伟,徐建来源：《绿色科技》2012年第12期摘要：指出了转向系统在汽车系统中有着重要作用，其中转向柱性能是否符合其设计规范的要求，则需要通过计算转向柱垂直方向和水平方向的固有频率进行检验。

采用大型、通用的有限元分析软件ANSYS对汽车转向系统中轴承刚度对模态频率影响进行了分析，分析过程可用于优化或改进转向柱设计，避免共振现象和噪音的产生。

关键词：转向柱；模态分析；振动规律中图分类号：TH22文献标识码：A文章编号：1674-9944（2012）12-0261-031引言转向柱作为汽车的重要配件，伴随着汽车工业的发展，被提出了越来越高的要求。

转向柱主要用来支承转向盘及与转向盘连接的转向柱、传动轴等，另外还具有很多的辅助功能，如：吸收冲击能量、可伸缩及角度可调等。

其良好的功能对于改善车辆舒适度有重要的作用，对于提高车辆操作的稳定性也有至关重要的作用。

通过对其进行模态分析，了解其动态性能，可以为优化其结构等提供良好的数据参数及理论指导。

有限元分析方法在20世纪50年代伴随着结构力学分析而迅速发展，随着现代计算机技术的进步，有限元分析方法也逐步完善并日趋成熟，在现代制造设计过程中应用普遍，成为解决复杂工程问题的不可或缺的有效手段，ANASYS文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容，作为商业化比较早的软件，同时进入国内时间也比较长，目前在国内的应用范围及普及程度相对来说都较好。

ANASYS作为国际通用的分析软件，提供了丰富的结构单元、热分析单元等，将之与模态分析相结合，是理论与实验分析振动问题的新方法，也是近年研究的热点，本文即采用此方法对转向柱进行分析，这也是目前分析振动问题的新趋势。

2转向柱模型的建立2.1几何模型的建立转向柱是汽车上必不可少的组件，通过转向柱，驾驶员把扭矩传递给转向器，带动转向器将油泵供油输送到转向油缸，实现液压助力转向。

基于ANSYS Workbench对转向拉杆各工况的仿真分析Kong Dan;Ma Mingsheng;Guo Shuai【摘要】在汽车整体式转向系统设计计算过程中,转向拉杆的设计对转向系统的工况要求有着重要影响.通常对转向拉杆的设计计算都以正常转向工况的极限位置进行设计计算,但是在车辆实际使用过程中,由于特种汽车的使用环境恶劣,驾驶人员不能正确判断车辆是否可以顺利通过.文章将利用ANSYS Workbench软件模拟拉杆受力情况,确认设计工况是否可以满足实际使用工况要求.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】2页(P105-106)【关键词】转向拉杆;ANSYS Workbench;工况【作者】Kong Dan;Ma Mingsheng;Guo Shuai【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】U467在汽车整体式转向系统设计计算过程中，转向拉杆的设计对车辆行驶工况要求有着重要影响。

本文将利用有限元分析软件模拟拉杆受力情况[1]，对拉杆的三维装配模型施加载荷，得到拉杆在各种受力情况下的应力分布图[2]，确认设计工况是否可以满足实际使用工况要求。

在传统拉杆设计计算过程中，通常考虑车辆满载情况下，原地转向时拉杆的受力情况。

本次研究的特种汽车断裂的拉杆为五桥横拉杆，因此，对五桥满载11.2t情况下的原地转向阻力矩进行计算。

原地转向阻力矩采用经验公式进行计算：横拉杆最大受力F1= M1/五桥横拉杆最小力臂长= 22372.6N根据驾驶员反馈，发生拉杆断裂时，车辆正在进行爬坡试验，当路面人员发现车辆三、四桥出现悬空情况时，立即指挥驾驶员停车，从坡上倒车，此时，五桥横拉杆发生断裂。

三桥、四桥悬空情况下，五桥载荷已达到30.6t。

转向横拉杆原地受力运用三维建模软件Pro/e建立五桥横拉杆的三维模型，横拉杆两端球铰连接，为二力杆，受力方式为拉压，为简化模型，将球头螺纹及调整管不予考虑，故计算时只载荷直接施加于纵拉杆中段，其计算结果与实际结果相近。

基于ANSYS的客车转向节的有限元分析张红旗; 曹文钢; 徐涛; 葛三卫【期刊名称】《《CAD/CAM与制造业信息化》》【年(卷),期】2002(000)009【摘要】一、前言有限元法是工程中解决复杂问题的一种常用的近似数值分析方法。

随着计算机技术的不断发展,有限元法越来越多地应用于计算机辅助工程（CAE）领域,特别是在汽车设计领域,无论是车身、车架的计算仿真还是发动机的曲轴以及传动系统的计算均使用到该方法。

ANSYS是当前国际上流行的有限元分析软件,它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。

转向节是汽车行驶系统的关键零件,它承受转向轮的负载以及路面传递来的冲击,同时还传递来自转向器的转向力实现对汽车行驶方向的控制,在强度、抗冲击性、疲劳强度以及可靠性方面都有很高的要求。

因而,应力分析是转向节设计过程中必不可少的环节之一。

转向节一般有三种结构形式:整体锻造式、焊接式和螺栓连接式。

本文中所研究的对象是某客车上使用的整体锻造式转向节。

【总页数】3页(P25-27)【作者】张红旗; 曹文钢; 徐涛; 葛三卫【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院【正文语种】中文【相关文献】1.基于Ansys的纯电动城市客车转向节有限元分析 [J], 李万敏;王彦;朱有地2.基于ANSYS的某型客车转向节的弯曲强度分析 [J], 袁敏;赵韩;钱德猛3.基于ANSYS的转向节有限元分析 [J], 陈黎卿;谭继锦;姜武华4.基于Ansys的纯电动城市客车转向节有限元分析 [J], 李万敏;王彦;朱有地;;;5.基于ANSYS Workbench的某汽车转向节的有限元分析 [J], 黄小娣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ANSYS的车身模态分析
耿玉兰
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2007(036)006
【摘要】汽车车身的强度与乘客的安全密切相关,所以在整个汽车设计中车身的强度设计十分重要.利用ANSYS对车身进行了模态分析,了解了车身的固有特性,对其进行优化设计起了重要作用.
【总页数】2页(P50-51)
【作者】耿玉兰
【作者单位】盐城盐南职业高级中学,机械教研室,江苏,盐城,224041
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82+2
【相关文献】
1.基于Hyperworks的客车车身骨架模态分析 [J], 景科;陈靖芯;吴佳馨
2.基于Nastran的公交车承载式车身模态分析 [J], 信轲;张劼;丁伟
3.基于Nastran的公交车承载式车身模态分析 [J], 信轲;张劼;丁伟;
4.基于ANSYS的客车车身骨架模态分析 [J], 王远;谷叶水
5.基于铝合金减振器塔的白车身模态分析与研究 [J], 唐程光;赵震;阚洪贵
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基于Ansys的赛车车架模态及碰撞分析摘要：赛车车架是赛车的关键部位，其结构性能对整车性能的发挥有着重要影响。

因此车架结构必须有足够抗震动性和抗碰撞性以保证其装配和使用要求。

首先运用Solidworks软件建立CAD模型，再用Ansys软件进行模态和碰撞分析，为整车优化设计及进一步的研究与实验提供参考依据。

关键词：Ansys；赛车车架；模态分析；碰撞分析；1.车架CAD模型的建立及模态分析1.1车架CAD模型的建立用Solidworks建立的车架的CAD模型。

，然后查询并记录车架所有关键点的坐标值，并将这些坐标值输入到ANSYS中生成关键点。

最后用线将点依次相连，构成由点和线组成的车架几何模型。

再抽取面来使用壳单元来进行仿真，车架三维模型如下图1所示。

1.2网格划分车架材料选择4130结构合金钢。

弹性模量为2.05E11 Pa，泊松比为0.29，屈服强度为250 MPa，强度极限480 MPa。

网格划分采用了Sizing中的Curvature，网格质量如下图2，3所示，平均网格畸变程度为0.12，管件处基本为四边形网格，而接头过度处为会有少量的三角形网格。

1.3模态分析由于低阶模态对零件的损伤较大，考虑到在设计中应尽量将损伤较大的模态控制在150Hz以下，故分析目标为前六阶模态。

由于忽略了地面与轮胎之间的振动对车架的影响，故车架的各约束点均约束了X，Y，Z方向的自由度。

其中约束点是赛车双摆臂悬架的固定点位。

车架在前六阶模态下变形较大的区域分别如下图4。

从图中可以看出，前六阶模态分别为41.396Hz、49.725Hz、63.84Hz、80.62Hz、114.51Hz、133.92Hz。

2.车架碰撞分析车架碰撞分析采用了ANSYS14.0workbench中的LS-DYNA模块。

由于该模块针对非线性分析，故其计算机消耗资源较大，总时间常用毫秒来计。

故选择总时间为2ms，根据动能守恒换算出以车架质量来代替赛车整备质量来进行碰撞，换算后的车架初速度为200m/s。

基于ANSYS WORKBENCH 的四轴转向架强度与模态分析Strength and modal analysis for four-axle bogie frame based on ANSYS workbench赵春阳，许 娜ZHAO Chun-yang, XU Na（中车长春轨道客车股份有限公司，长春 130062）摘 要：介绍了转向架对机车运行的重要性，建立了转向架构架的有限元模型。

根据Tb/T 1335-1996标准分析构架所受载荷，利用ANSYS分析软件，对构架在八种工况下进行静力学分析，找到构架的危险点；对构架进行模态分析，讨论了构架各阶模态及其薄弱环节，为转向架构架的设计和对危险部位的优化提供了参考和依据。

关键词：四轴转向架；ANSYS；静强度；模态分析中图分类号：U270.331 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2018)04-0050-04收稿日期：2017-11-24作者简介：赵春阳（1968 -），男，高级工程师，硕士，研究方向为铁路机车车辆设计、维修等。

0 引言转向架是电力机车走行部分，由构架、弹性悬挂装置、基础制动装置、轮对轴箱装置和支撑车体装置等部件构成用于承受火车车体及车体内部载重的重量，传递牵引力和制动力，保证火车顺利通过曲线，减缓轨道不平顺引起的振动以保持火车运行的平稳性，对机车动力学性能和安全性能起关键性作用。

转向架构架作为转向架的主体，是安装其他零部件的基础，在火车运行过程中会受到垂向、横向、纵向、扭曲等载荷，受力情况复杂多样，因此构架必须具有足够的强度以保证承受各种载荷而不破坏[1]。

本文以某长大货物车四轴转向架构架为研究对象，通过SOLIDWORKS 软件建立模型，利用有限元分析软件（ANSYS ），对其进行强度分析和计算，获得不同受力情况下构架的应力数据，并进行模态分析，找到转向架构架的薄弱部分，对转向架构架的改进设计和结构优化设计有一定的借鉴意义。

基于ANSYS-Workbench的转子模态分析
王林军;曹慧萍
【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(36)6
【摘要】工程中的各种高速转子都需要确定其固有频率,以保证其在安全的转速范围内工作,不发生共振.与传统的传递矩阵法相比,有限元法并不是对各个轴段的截面状态向量进行逐段推算,直到计算到转轴的另一端,而是将连续系统离散化以变分原理为基础形成的一种数值近似解法,本文利用Solidworks软件建立了转子结构的实体模型,并采用ANSYS-Workbench有限元软件对设计的转子结构进行了常规的和有预应力的模态分析,得到了转子系统的各阶固有频率和对应的振型分析,为避免发生共振和后续的结构改进和优化提供了有效的理论依据.
【总页数】5页(P89-93)
【作者】王林军;曹慧萍
【作者单位】三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002
【正文语种】中文
【中图分类】TH113.2
【相关文献】
1.基于ANSYS-Workbench的汽车水箱散热器护风罩模态分析 [J], 唐勰
2.基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析 [J], 于强
3.基于ABAQUS的某GTF风扇转子系统模态分析 [J], 张鸿;郑海洋;李湘萍
4.基于热流固耦合的LNG低温潜液泵转子部件模态分析 [J], 张智伟;施卫东;张德胜;陈宗贺;黄俊
5.基于Ansys Workbench锤片式粉碎机转子模态分析 [J], 杨美玲;李永春;王慧;蒋伟文;汪益林;王海祥;刘向东
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高速旋转轮盘模态分析在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。

通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。

而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。

为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。

通过该实验掌握如何用ANSYS 进行有预应力的结构的模态分析。

一．问题描述本实验是对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的前5阶固有频率及其对应的模态振型。

轮盘截面形状如图所示，该轮盘安装在某转轴上以12000转/分的速度高速旋转。

相关参数为：弹性模量EX ＝2.1E5Mpa ，泊松比PRXY ＝0.3，密度DENS ＝7.8E-9Tn/mm 3。

1-5关键点坐标：1(-10, 150, 0)2(-10, 140, 0)3(-3, 140, 0)4(-4, 55, 0)5(-15, 40, 0)L=10+（学号×0.1）RS=5二．分析具体步骤1. 定义工作名、工作标题、过滤参数①定义工作名：Utility menu > File > Jobname②工作标题：Utility menu > File > Change Title （个人学号）2. 选择单元类型本实验将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42和SOLID45，具体操作如下： Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete①“ Structural Solid”→“ Quad 4node 42”→Apply（添加PLANE42为1号单元）②“ Structural Solid”→“ Quad 8node 45”→ok（添加六面体单元SOLID45为2号单元）在Element Types (单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类型：PLANE42、SOLID45，关闭Element Types (单元类型定义)对话框，完成单元类型的定义。