中 北 大 学
毕业论文开题报告
学 生 姓 名： 学 院、系： 专 业： 设 计 题 目：
指导教师:
2012年3月7日
陈然
学 号： 08070237 理学院力学系 工程力学
摩托车车架的实验模态分析
关学锋
开题报告填写要求
1．开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；
2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；
3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；
4．学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；
5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；
6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。
毕 业 论 文 开 题 报 告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文 献 综 述 1、本课题研究的背景及意义 摩托车作为一种交通运输工具得到了越来越广泛的应用，它的总体结构是由发动机、车体、电器等组成。车体的主体结构是起连接各部件作用的车架，因此车架的结构与动态性能不仅与整车的性能有关，而且对整车的外观有重要影响。摩托车是一个复杂的弹性阻尼系统，车架是该系统中一个关键的部件。摩托车车架结构的动态特性不仅直接影响摩托车的骑乘舒适性、操纵稳定性、制动稳定性等，模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的重要应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。 试验模态分析技术是通过试验的方法获得结构特定的固有频率、阻尼比和模态振型等固有模态参数并加以分析，从而确定结构在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下的实际振动响应，为结构开[3]发和改进提供有价值的意见和建议。模态分析过程如果是由有限元计算的方法取得的, [2][1]则称为数值模态分析; 如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数, 称为试验模态分析。两种方法各有利弊, 目前的发展趋势是把有限元方法和试验模态分析技术有机地结合起来, 取长补短, 相得益彰。[4] 模态分析是工程振动领域的基本分析方法。以振动教学实验台为研究对象，对其进行实验模态分析和有限元模态分析，然后对振教台进行简谐激励验证实验，即给予实验台不同频率的简谐信号以激发其各阶模态振动.[5]运用应变模态分析法可通过实验直接建立应变位力.响应的计算模型, 这将使结构的动应力计算更为准确.由于应变对于结构的局部变化比较敏感, 特别是在我们关心结构局部应力集中或裂纹检测时, 进行应变模态分析就显得更为重要. 但上述类型的结构变化将会引起应变模态的明显变化.而这种局部变化, 对结构的强度及寿命将起重要影响.[6]模态分析实际上就是求解模态参数的过程,有2种实现途径: 1) 解析模态法. 即首先确定结构的几何形状、边界条件和材料特性, 把结构的质
量分布、刚度分布和阻尼分布分别用质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵表示出来, 这样便可以确定系统的模态参数. 常用的解析法为有限元法, 通过有限元模型将实际结构离散化, 建立运动微分方程, 利用数值分析的方法求模态参数. 2) 试验模态法. 从测量结构上某些点的动态输入力和输出响应开始, 测量其频响函数矩阵, 根据频响函数来估计模态参数。 采用试验法时, 必须对系统施加合适的激励、选择合理的激励点和拾振点, 其准确性还依赖测试系统的硬件设备、软件处理方法以及操作人员的经验. 试验法相当于将系统简化为只有几十个、几百个自由度的系统, 在感兴趣的频率范围内提取若干阶模态, 因此其测点的布置和激励点的选择很重要。[7] 对产品进行动力学研究是提高产品性能的主要手段，在产品设计中起着非常重要的作用。其中，试验模态分析是一种有效的方法，在解决工程问题中起着重要的作用，它通过试验的方法来提取系统的模态参数，为系统的结构修改提供依据。我们知道，在产品开发之初，采用有限元方法对其结构特性进行分析预测，可最大限度地降低开发成本，加快产品投放市场，缩短设计周期，然而，对于车架这样较为复杂的结构，利用有限元法计算得到的结果只能是一个近似值。因此，目前仿真计算结果主要用于预测，产品性能的最终评价仍需要进行试验。[9] [8]2、国内外研究的现状 模态分析技术开始于20 世纪30 年代，经过70 多年的发展，模态分析已经成为振动工程中一个重要的分支。阐述了国内外有限元模态分析现状与发展趋势，并对当今国际上有限元模态分析和软件开发的特征进行了分析。近年来结构模态分析技术发展迅速, 主要是80 年代以来研制出了基干快速付里叶变换的先进的数字式动态信号分析系统, 为频率及模态分析提供了强有力的技术手段; 机械产品向高速化、大型化、轻量化方向发展, 在设计时不但要考虑静态特性, 还要考虑动态特性, 这种工业发展的需要, [11]促进了模态分析技术的研究。一些中高档轿车均采用式前后悬架系统, 后副车架[10]也应用得越来越广泛。在设计时不仅要考虑到其强度, 同时, 为了避免振动和噪声, 还要将模态特征作为对后副车架设计的约束条件。目前，工程中的桥梁、汽车、飞机、建筑等，从强度、刚度这角度来说，它们基本是安全的。然而还经常发生破坏现象，其主要原因是机构不符合动态设计要求[13]。圆柱形薄壳结构是一种通用的工程结构，如火箭、导弹、鱼雷等，模态分析与参数识别是了解其动态特性的基本手段，对于设备安装位置的选择、振动与噪声控制、飞行方向的控制有着重要的
[12]
意义[14]。近十余年以来, 模态分析的理论基础, 已经由传统的线性位移实模态、复模态理论发展到广义模态理论, 并被进一步引入到非线性结构振动分析领域, 同时模态分析理论汲取了振动理论、信号分析、数据处理、数理统计以及自动控制的相关理论, 结合自身的发展规律, 形成了一套独特的理论体系, 创造了更加广泛的应用前景。这一技术已经在航空、航天、造船、机械、建筑、交通运输和兵器等工程领域得到广泛应用。[15] 参考文献： [1] 王忠.摩托车车架强度的实验模态分析.江苏.振动测试断.19.219 -228 [2] 黄洁，季忠.有限元模态分析现状与发展趋势.重庆大学.2007. [3] 陈明．基于试验模态分析技术的车身结构分析．国家汽车质量监督检验中心.2009. [4] 梁军，赵登峰.模态分析方法综述.西南科技大学 .2006. [5] 杜丽，牛强，张蔚波.基于振动试验台的结构模态分析与研究.山东建筑大学.2011. [6] 离得葆，诸葛鸿程，王波.试验动态应变分析中的模态分析方法.清华大学.1990. [7] 于江，杨振冬，汪先国.摩托车车架试验模态与解析模态分析.重庆建设摩托车股份有限公司.2009. [8] 蔡庆喜.大型结构试验模态分析方法研究与软件开发.大连理工大学.2004 [9] 曹妍妍，赵登峰.有限元模态分析理论及其应用.西南科技大学制造科学与工程学院.2007.
[10] 龙英.有限元模态分析现状与发展趋势.湖南农业大学.2009. [11] 原大宁.应用模态分析软件MODAL3.0对机构进行试验模态分析.西安理工大学机械工程系.1995. [12] 郑松林.轿车后副车架结构强度与模态分析.上海理工大学.2009. [13] 王飞翔.试验模态分析在雷达结构中的典型应用.西安.火控雷达技术.2006.5-18 [14] 张新玉，张文平.圆柱形薄壳试验模态分析方法研究.哈尔冰.哈尔冰工业大学学报.2006.20-25 [15] 莫愁云.振动模态分析系统的开发及应用.桂林电子科技大学机电工程学院.2008.
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２． 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1、本课题要研究的问题 利用振动测试软件，对摩托车车架进行实验模态分析，通过实验模态分析得到框架结构的固有振动特性，包括系统固有频率、阻尼比和模态参数，为框架结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据,并对实验结果进行讨论分析。 2、本课题拟采用的研究手段 本课题采用东华DH5923试验测试设备及其测试软件，对摩托车车架进行动态测试与分析，采用多点激励单点采集的方式进行测试，并利用模态分析软件对测试对象进行模态分析，得到其低阶固有频率和振型。
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指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主任： 年 月 日
