汽车悬架螺旋弹簧疲劳断裂仿真分析与寿命估算

摘要

本文对小轿车悬架螺旋弹簧全寿命里程实际二维疲劳载荷谱进行了编制,为对螺旋弹簧进行疲劳寿命分析提供了必要的基础。对螺旋弹簧进行疲劳断裂仿真,是为了再现螺旋弹簧断裂部位和弹簧断面形状。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工况下分别对螺旋弹簧进行剩余寿命估算,旨在得到各工况下螺旋弹簧的虚拟寿命,可为相关课题的深入研究奠定基础。
　　 通过“路-车”一体二自由度小轿车独立悬架振动模型来代替汽车在试验场上和行驶在道路上的振动情况,并在此基础上建立悬架螺旋弹簧载荷-时间历程仿真模型来代替贴应变片获取载荷的方法。对工作载荷-时间历程进行统计分析以及将短距离的载荷谱向长距离外推,得到了螺旋弹簧全寿命里程8×8标准二维疲劳载荷谱。
　　 利用APDL语言与宏技术组织管理Ansys的有限元命令对悬架螺旋弹簧实现参数化建模。对螺旋弹簧在有限元软件Ansys中进行了静力分析,验证了弹簧实体模型的合理性,在ANSYS/LS-DYNA程序系统中对螺旋弹簧进行动力分析,模拟弹簧全寿命里程的受力情况,在ETA/VPG中进行疲劳分析找到了疲劳损伤最严重的部分,这是螺旋弹簧疲劳源易产生的地方,是螺旋弹簧容易损伤的部位。
　　 在疲劳断裂分析软件Franc3D中,采用最大周向应力理论、增量步裂纹扩展分析方法和Paris模型模拟螺旋弹簧表面裂纹的扩展情况和对弹簧剩余寿命进行了估算,得到了裂纹前沿的应力强度因子,以及裂纹尺寸和循环周次的关系。