GCMS模态综合法及其在汽车底盘零部件动力学分析中的应用

作     者：李辉 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈涛;王兴祥

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：模态综合法 固定界面 自由界面 混合界面 底盘零件分析 

摘      要：随着国民经济的发展与进步,汽车已成为普通群众的生活必需品。而针对汽车这样一个复杂结构,其开发和设计的难度较大,借助有限元分析已成为汽车开发的必备手段。对于汽车底盘零件分析问题,其动态分析需要耗费较大的计算资源,因而选择一个计算效率高且计算准确度大的计算方法,是解决汽车底盘零件分析问题的关键技术之一。模态综合法是一种将大型复杂结构,跟进其组成部分特点,将其分割为一个个独立的子结构,并根据子结构的模态数据来获得整个复杂结构的动态特性的方法。采用合适的模态综合法,是解决汽车底盘设计计算问题的有效手段。本文针对底盘零件的设计计算问题,研究了典型模态综合法的优缺点,提出了GCMS模态综合方法,并进行数值和有限元计算,研究模态综合法的有效性,并应用该方法进行底盘零件的设计计算。本文主要开展了以下几方面工作。首先,本文系统地分析了子结构方法的相关理论,并汇总分析了模态综合方法中子结构模态集,并在此基础上,推导了典型固定界面模态综合法、自由界面模态综合法、混合边界模态综合法及典型的改进算法,并针对这些典型理论,对比研究了各自的优缺点和应用局限性。其次,本文推导了GCMS模态综合方法,获得了基于惯性力均衡的GCMS模态综合法的理论方法。并通过回归推导证明,GCMS模态综合方法适用于所有模态综合方法及其对应的改进算法,该模态综合方法的一般性理论,具有普适性。再次,本文对于GCMS模态综合方法应用开展研究。自主开发MATLAB程序,分别从数值方法、有限元方法,进行了单子结构和多子结构的GCMS模态综合方法的算例研究,证明该方法的有效性和准确性。最后,针对底盘零部件的分析这一典型问题,采用GCMS模态综合算法进行仿真研究。利用商业软件***,建立的GCMS模态综合法的多体动力学分析的一般流程,并针对典型扭转梁悬架,进行基于GCMS模态综合法的多体动力学分析,从而指导工程设计。本文研究证明,GCMS模态综合方法,能够高效而准确地解决底盘零件的设计计算问题,具有较大的工程应用意义。