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在之前的文章中，我們介紹過模態(tài)分析，那什么是模態(tài)分析，模態(tài)也就是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)形態(tài)，也稱為振型。每一個(gè)自由振動(dòng)的固有頻率都對(duì)應(yīng)一個(gè)振型，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件都是連續(xù)體，具有無限多的自由度（如果深究下去可以到分子、 原子層級(jí)的數(shù)量），所以其模態(tài)具有無窮階。但汽車上通常所面對(duì)的頻率非常有限，所以研究太高頻率的模態(tài)并無太大意義，即使高頻的噪聲振動(dòng)，通常限制在20000HZ 以下（自行思考原因）。有限單元法就是一種近似方法，可以比較正確的計(jì)算出足夠多的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)。有限元中模態(tài)分析的本質(zhì)是求方程的特征值問題，所分析的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的“階數(shù)” 就是指要求的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)方程的特征值的個(gè)數(shù)，將特征值從小到大排列就是階次。

模態(tài)分析的目標(biāo)是確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，即系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

而作為制動(dòng)工程師來說，制動(dòng)盤的模態(tài)分析是怎么也繞不過去的一個(gè)話題，今天我們就來聊一聊制動(dòng)盤做模態(tài)分析的方方面面。

一 模態(tài)分析的目的

毫無疑問，制動(dòng)盤模態(tài)分析的最主要目的就是解決噪音問題，而噪音問題歸根結(jié)底是振動(dòng)，而作為制動(dòng)噪音，其發(fā)生根源是由于摩擦片在制動(dòng)盤上的切向振動(dòng)造成的，所以如果制動(dòng)盤在盤面內(nèi)的切向扭轉(zhuǎn)振型所對(duì)應(yīng)的頻率與摩擦片切向振型所對(duì)應(yīng)的頻率接近，很容易誘發(fā)加劇摩擦片的振動(dòng)。所以制動(dòng)盤的模態(tài)分析就是要發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤面內(nèi)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)所對(duì)應(yīng)的固有頻率。如下圖所示（面內(nèi)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)）。

二 具體操作步驟

1.模型準(zhǔn)備，CATIA 中打開制動(dòng)盤3D實(shí)體制動(dòng)盤模型，關(guān)閉細(xì)小的圓角、倒角；

2.添加材料，在CATIA 中添加鑄鐵材料，因?yàn)橹苿?dòng)盤常用HT250材料，查材料手冊(cè)，修改材料彈性模量（楊氏模量）泊松比以及密度；

3.劃分網(wǎng)格，進(jìn)入Advanced Meshing 環(huán)境，在彈出的對(duì)話框中選擇Frequency Analysis分析模式，進(jìn)行約束模態(tài)分析；

選擇3mm尺寸的一介四面體網(wǎng)格進(jìn)行制動(dòng)盤實(shí)體網(wǎng)格的劃分。

對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行必要的分析檢查。

為了方便，還可以選擇網(wǎng)格可視化中的網(wǎng)格質(zhì)量可視化模式。

網(wǎng)格可視化工具條中，還可以做出網(wǎng)格截面顯示，對(duì)于比較大型的實(shí)體網(wǎng)格我們可以通過這種方式，觀察期內(nèi)部網(wǎng)格。

4.添加材料、3D屬性。從開始菜單，進(jìn)入常規(guī)分析模塊。因?yàn)椴牧衔覀冊(cè)诘谝徊街幸呀?jīng)添加，所以直接選取3D屬性，并選擇幾何實(shí)體part，實(shí)體中的材料會(huì)自動(dòng)帶入屬性；

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5.添加約束，對(duì)于制動(dòng)盤來說，繞其自身的旋轉(zhuǎn)是不能限制的，所以我們限制安裝面內(nèi)的其他5個(gè)自由度；

6.設(shè)置分析模態(tài)階數(shù)，雙擊Frequency Case Solution,在彈出的對(duì)話框中可以設(shè)置需要分析的前幾階模態(tài)；

7.解算，點(diǎn)擊解算按鈕….查看結(jié)果，在解算完成之后即可查看模態(tài)結(jié)果，像制動(dòng)盤這樣大型的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱部件，有很多對(duì)的重根模態(tài).所謂重根模態(tài)就是固有頻率相同，而振動(dòng)相差一個(gè)相位的形式.

三 總結(jié)

制動(dòng)盤的模態(tài)分析步驟大致如此，另外這是分析約束模態(tài)的方法。如果要判斷制動(dòng)盤有限元分析結(jié)果與產(chǎn)品實(shí)際真實(shí)模態(tài)的一致性，我們還需要做自由模態(tài)分析，因?yàn)楫a(chǎn)品出來之后實(shí)際測(cè)量的是它的自由模態(tài)。自由模態(tài)分析的操作方法更簡(jiǎn)單，不需要設(shè)置約束，其他步驟相同。