車燈熱仿真及振動(dòng)仿真。模擬燈泡發(fā)熱，計(jì)算車燈溫度分布。車燈振動(dòng)頻率響應(yīng)分析，了解共振頻率，根據(jù)應(yīng)力判斷振動(dòng)是否導(dǎo)致失效。介紹模態(tài)有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的影響。

車燈散熱仿真

車燈模型如圖，采用Simcenter軟件劃分網(wǎng)格。

車燈表面與環(huán)境空氣自然對(duì)流，需要考慮周圍的空氣流體域。Simcenter Thermal-Flow 設(shè)置重力方向和大小，勾選“Buoyancy”（浮力）開關(guān)，就可以計(jì)算自然對(duì)流。

環(huán)境溫度20℃，燈泡設(shè)置發(fā)熱功率，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱流分析，得到產(chǎn)品的溫度分布。從氣體速度矢量圖，可以看出空氣受熱上升，符合重力和浮力的設(shè)定。

車燈模態(tài)分析

模態(tài)分析采用NX Nastran求解器，計(jì)算車燈的固有頻率。本例的前四階固有頻率分別為：135.2Hz、179.3Hz、198.2Hz、217.9Hz。

頻率響應(yīng)分析

前面的模態(tài)分析，可以初步了解結(jié)構(gòu)的共振頻率。如果想知道產(chǎn)品在受到外界某個(gè)確定的振動(dòng)頻率和加速度條件下的應(yīng)力情況，就需要進(jìn)一步采用頻率響應(yīng)分析。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置Z方向振動(dòng)激勵(lì)加速度隨頻率變化的曲線如下。

檢查仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)燈腳安裝點(diǎn)處的應(yīng)力最大，輸出其應(yīng)力頻率響應(yīng)曲線。曲線上有三個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)第一階、第二階和第四階固有頻率。

其中第二階固有頻率（179Hz）共振時(shí)，應(yīng)力最大，應(yīng)力分布圖如下。

模態(tài)有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)

觀察前面的應(yīng)力頻率響應(yīng)曲線，三個(gè)峰值分別對(duì)應(yīng)第一階、第二階和第四階固有頻率。為什么在第三階沒有峰值？為什么沒有第五階、第六階……

回答這個(gè)問題，需要用到“模態(tài)有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)”的概念。
模態(tài)有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)單來說就是結(jié)構(gòu)在指定的方向振動(dòng)時(shí)，某個(gè)模態(tài)參與程度的有效占比。這個(gè)占比越大，說明這個(gè)模態(tài)對(duì)該方向振動(dòng)的貢獻(xiàn)最大。

各階模態(tài)的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如下表所示。

將模態(tài)編號(hào)按照Z方向質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小排列，前三名分別是：第二階（44.7%）、第一階（26.2%）和第四階（19.4%）。其中，第二階模態(tài)的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大。這也解釋了為什么Z方向振動(dòng)時(shí)，第二階固有頻率（179Hz）對(duì)應(yīng)的應(yīng)力最大。