[发明专利]一种乘用车传动轴弹性体模态计算有限元建模方法

说明书

本发明公开了一种乘用车传动轴弹性体模态计算有限元建模方法，属于建模技术领域，本发明针对三种不同万向节结构的传动轴有限元计算模态模型进行了简化，给出了合理的简化结构和参数。试验验证表明能保证传动轴一阶弯曲计算模态和试验模态的一致性，为传动轴导致的NVH问题采用有限元方法优化传动轴结构提供的参考，提供了一种有序的有限元计算不同万向节结构传动轴建模顺序和方法，给出了合理的简化方案，并对不同万向节结构进行参数化简化，给出了不同方向的参考刚度，使得计算和试验结果能获得较好的一致性。为传动轴开发前期结构刚度预演提供了一种可行性分析。本发明只给出了一种建模方法，对后续计算结果和试验结果对比不做参数对比。

技术领域

本发明属于建模技术领域，具体的说是一种乘用车传动轴弹性体模态计算有限元建模方法。

背景技术

现在随着经济的发展，人民对生活品质的追求越来越高，乘用车已经非常普遍，人们不仅仅只把它当作简单的交通工具，而对其舒适性也要求越来越严格。乘用车NVH品质越来越受到国内主流主机厂的重视，NVH控制也由早期对市场产品“救火式”解决演变为正向开发控制。也就是把NVH控制融合到整车开发流程的各个节点。

传动轴是四驱乘用车和后驱乘用车核心部件，是传递车辆动力的“主动脉”，是汽车核心部件之一。一般乘用车传动轴都在1.5米以上，若设计不合理，非常容易出现疲劳耐久问题和NVH问题，乘用车传动轴第一阶弯曲模态是乘用车NVH正向开发时的重要指标，在产品开发前期开展虚拟仿真优化是传动轴总成模态控制的重要手段。有限元建模及优化分析是传动轴设计前期控制模态的常用手段，但若简化不合理，建模处理不合理，会导致得不出正确的结果，本发明通过对传动轴结构的不同简化和传动轴和部件之间不同的连接方式进行参数化处理，试验验证表明计算结果和试验结果相比，误差在2％之内，说明采用此种简化结构计算传动轴总成第一阶弯曲模态准确度较高，计算模型可以完全代替试验对传动轴第一阶弯曲模态参数进行评估，具有重要的工程实践意义。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种乘用车传动轴弹性体模态计算有限元建模方法，包括。本发明针对三种不同万向节结构的传动轴有限元计算模态模型进行了简化，给出了合理的简化结构和参数。试验验证表明能保证传动轴一阶弯曲计算模态和试验模态的一致性，为传动轴导致的NVH问题采用有限元方法优化传动轴结构提供的参考。该方法对不同万向节结构传动轴模态计算时对传动轴不同部位进行了结构简化和参数化建模，为传动轴弹性体模态计算提供了一种可靠有效的分析和建模手段。

本发明技术方案如下，一种乘用车传动轴弹性体模态计算有限元建模方法，包括以下步骤：

S1获取传动轴总成，包括：轴管、万向节、花键轴和法兰的几何模型及数据；

S2建立传动轴总成的有限元模型：轴管采用四边形板壳单元模拟，万向节采用零维弹簧单元模拟，花键轴采用六面体一阶或四面体二阶实体单元模拟，法兰采用六面体一阶或四面体二阶实体单元模拟，实体单元和板壳单元连接采用无质量的二维单元；

S3设定坐标系，将步骤S2建立的模型放入坐标系对应位置，模拟实际传动轴的连接形式；

S4将弹簧单元放入S3的坐标系中，并定义弹簧单元方向和刚度；

S5有限元模型装配，传动轴两端采用刚性约束；

S6将S1中的数据录入模型中，模型建立完毕。

进一步的，步骤S1中，数据包括：设计质量，材料牌号和材料。

进一步的，所述材料牌号包括：材料弹性模量E、材料泊松比μ和材料密度ρ。

进一步的，步骤S2中，所述实体单元在剖分件厚度至少划分2层单元，实体单元尺寸＜6mm；实体单元长宽比＜10，实体单元翘曲角＜10°，实体单元扭曲角＜45°，实体单元锥角≥60％；