口字樑之模型驗證與響應預測分析

Model Verification and Response Prediction for Frame Structure

劉旭峯(HSU FENG-LIU)

指導教授 ： 王栢村

國立屏東科技大學/工學院/機械工程系所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2009.00135

摘要

一般車輛行駛於各種不同的路面條件下，車體或零組件承受來自不同路面的外力，對車輛結構均會造成振動問題，如何有效解決振動問題必須從結構的振動特性著手，要瞭解結構振動特性的方法不外乎有實驗分析、理論解析，故本文主要針對前懸吊口字樑結構進行理論有限元素分析(finite element analysis, FEA)與實驗模態分析(experimental modal analysis, EMA)方法，由結構模態特性比較驗證得到結構等效分析模型，驗證成功之有限元素模型，則可應用於響應預測分析。本研究首先利用有限元素分析方法，求得理論之模態參數，並經由實驗模態分析方法求得實際結構之頻率響應函數，經由曲線嵌合軟體得到實際結構之模態參數，包括自然頻率、模態振型及阻尼比，並與理論模態參數比較得到與實際結構等效模型，並依此等效模型進行軸向、側向及扭轉之靜剛性分析，再分別執行暫態響應分析、簡諧響應分析、頻譜響應分析，以求得前懸吊口字樑結構在不同負載如行駛狀態、路面狀況等之組合負載條件下之結構響應預測，以期瞭解結構於各種動態負載之結構響應及其對振動與疲勞影響評估，進而來提高整車之舒適性與安全性，並建立整合CAD/CAE/CAT之虛擬測試(virtual testing)技術於前懸吊口字樑結構之分析與試驗，針對前懸吊口字樑結構進行相關之振動分析與疲勞破壞之評估，有助於建立相關之振動分析之設計流程。

關鍵字

有限元素分析 ； 實驗模態分析 ； 模型驗證 ； 靜剛性 ； 響應預測

並列摘要

This work performs both finite element analysis (FEA) and experimental modal analysis (EMA), respectively, on the frame structure of front suspension. From the validation of structural modal properties between FEA and EMA, the FE model can be verifried and adopted for response prediction. This work first applies FEA to determine theoretical modal parameters. By EMA, the frequency response functions (FRFs) are measured and used to obtain experimental modal parameters, including natural frequencies, mode shapes and damping ratios, that are compared with those from FEA to validate the model. The validated equivalent model is then adopted to perform static stiffness analysis for axial, transverse and torsional. The structural response predictions for the frame structure are also carried out for transient, harmonic and spectrum response analyses, according to different loadings due to vehicle running conditions on different road surfaces. The frame structure response can be predicted and studied the vibration and fatigue effects as well as the ride comfort and safty. The integrated CAD/CAE/CAT for virtual testing technique is introduced for the frame structure study, in vibration analysis and fatigue evaluation. This work thus enhances the design procedure for related vibration analysis.

並列關鍵字

Finite Element Analysis ； Experimental Modal Analysis ； Model Verification ； Static Stiffness ； Response Prediction

參考文獻

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