扭力梁式后悬架总成疲劳损伤研究

摘要

汽车零部件的疲劳寿命作为评价汽车性能的重要评价指标之一，越来越被汽车生产厂商所重视。以往汽车零部件疲劳寿命主要是通过整车道路试验来测定，这需要耗费大量的整车开发成本和时间。随着计算机技术的发展，有限元疲劳寿命分析技术得到大幅度的提升，利用基于有限元理论的疲劳寿命分析技术不仅可以大幅度缩短汽车开发的时间、节约整车疲劳试验的成本，更重要的是可以利用虚拟疲劳寿命分析技术实现汽车的并向开发，从而提高产品的质量和开发速度。
　　 悬架是汽车结构中重要的组成部分，其性能对整车起着非常重要的作用。扭力梁悬架作为一种半独立悬架，它的结构简单、价格便宜而且维修方便，这些特点使得其在汽车的后悬架上被广泛采用，尤其是在紧凑型家用轿车中，可以节约制造成本。悬架在实际使用过程中，由于受到来自路面激励的作用，会发生疲劳损伤，疲劳寿命较短，这不但会对整车的性能产生影响，从而影响用户使用感受，而且如果悬架寿命较低的话会影响品牌形象。所以采用一些切实可行的方法改进悬架的疲劳寿命就显得非常重要，而基于有限元理论的疲劳寿命分析方法为其提供了快捷简便的方法。
　　 本文以某上市车型的后悬架为研究对象。首先建立后悬架的有限元模型，并对其进行弯曲工况和扭转工况下的校核;然后使用NASTRAN对其进行自由模态的模态分析，获取后悬架各阶模态频率值以及后悬架柔性体文件，再将生成的后悬架柔性体文件导入到ADAMS中，根据事先在CATIA中获取的前后悬架各点坐标建立整车刚柔耦合动力学模型，并使用采集到的试验场强化路面谱对其进行仿真，得到后悬架各节点应力历程以及各阶模态位移历程，结合模态应力恢复理论对后悬架进行疲劳寿命分析，分析最易发生疲劳损伤位置以及疲劳寿命分布情况，并将分析结果与试验场试验结果进行对比，发现该方法能够有效且准确地分析悬架的疲劳寿命。最后根据疲劳寿命结果提出一些对悬架结构改进以延长悬架疲劳寿命的办法，并通过对其疲劳寿命的再分析进行验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本论文主要研究路线

1．4 本章小结

第二章 疲劳损伤理论与方法

2．1 疲劳分析的研究意义

2．2 疲劳分析理论

2．2．1 疲劳损伤理论

2．2．2 雨流循环计数法

2．2．3 金属材料的S-N曲线

2．3 疲劳分析方法的确定

2．3．1 疲劳分析的方法

2．3．2 名义应力法

2．4 疲劳寿命分析技术路线

2．4 本章小结

第三章 扭力梁式后悬架结构的有限元分析

3．1 有限元方法的概述

3．1．1 有限元方法的基本原理

3．1．2 有限元方法的优缺点

3．1．3 有限元分析软件的介绍

3．2 悬架有限元模型的建立

3．2．1 扭力梁式后悬架的结构简述

3．2．2 扭力梁式后悬架的三维建模

3．2．3 扭力梁式后悬架的CAE模型的建立

3．3 悬架的模态分析

3．3．1 模态分析理论

3．3．2 悬架模态分析及其结果的提取

3．3．3 悬架柔性体模型的生成

3．4 悬架的静力学分析

3．4．1 计算工况

3．4．2 计算载荷的确定

3．4．3 计算结果分析

3．5 本章小结

第四章 整车刚柔耦合动力学模型的建立与仿真

4．1 整车刚柔耦合动力学模型的建立

4．1．1 ADAMS／CAR模块的介绍

4．1．2 前悬架刚柔耦合模型的建立

4．2．3 后悬架刚柔耦合模型的建立

4．1．4 整车刚柔耦合模型的装配

4．2 整车刚柔耦合模型的仿真

4．2．1 整车模型的仿真

4．2．2 后悬架模态位移历程

4．2．3 仿真结果的分析

4．3 本章小结

第五章 基于模态应力恢复法的后悬架疲劳寿命分析

5．1 疲劳寿命分析方法

5．1．1 疲劳分析软件介绍

5．1．2 模态应力恢复理论

5．2 基于模态应力恢复法的后悬架疲劳寿命分析

5．2．1 材料S-N曲线

5．2．2 后悬架的疲劳寿命分析

5．2．3 试验结果的分析与对比

5．3 悬架结构的优化

5．3．1 悬架结构的改进

5．3．2 改进后悬架的疲劳寿命分析

5．3．3 扭力梁后悬架疲劳寿命的评价方法

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 未来展望及研究方向

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的论文