汽车转向盘骨架刚度性能及疲劳寿命研究

摘要

转向系统作为汽车中最重要的子系统之一,它的性能对于整车性能具有非常重要的影响。转向盘是转向系统的重要零件,作为转向盘的承载部分,转向盘骨架的设计需要满足多种性能要求,其中,刚度性能和疲劳寿命是最基本也是最重要的性能要求。
　　 本文结合某汽车公司的微型客车整车开发项目,运用有限元法对转向盘骨架的刚度性能和疲劳寿命进行研究,具体研究内容包括:
　　 (1)利用三维建模软件UG(Unigraphics)建立了转向盘骨架两种方案精确的三维几何模型,分别为初始方案和改进方案。利用专业前处理软件Hypermesh10.0,建立了转向盘骨架两种方案的有限元模型。
　　 (2)根据转向盘骨架各个性能要求,提炼出一个简单的刚度分析工况,利用Abaqus6.8进行刚度工况的计算,得出转向盘骨架两种方案的仿真抗压曲线。利用万能试验机进行转向盘骨架的刚度试验,得出转向盘骨架两种方案的试验抗压曲线,并与仿真抗压曲线对比,同时与标准线对比,结果表明:初始方案刚度过大,改进方案刚度适中。
　　 (3)利用MSC.Nastran计算转向盘骨架弯曲工况的疲劳应力,再用MSC.Fatigue计算转向盘骨架的弯曲疲劳寿命。利用专业的汽车转向盘疲劳试验机进行转向盘骨架的弯曲疲劳寿命试验,并与仿真分析结果对比,结果表明:综合刚度性能和疲劳寿命,转向盘骨架初始方案疲劳寿命虽远大于实际工程要求,但安全性能不好,改进方案疲劳寿命虽然缩短了,但仍然满足实际工程要求,安全性能也得到较大提高,转向盘骨架改进方案更优。
　　 (4)综合刚度性能和疲劳寿命,转向盘骨架改进方案更优。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 结构分析的国内外研究现状

1.2.3 疲劳寿命预测的国内外研究现状

1.3 课题的研究背景及研究意义

1.3.1 研究背景

1.3.2 研究意义

1.4 课题研究内容

第2章 有限元理论及疲劳分析方法

2.1 有限元理论及其商业软件

2.1.1 有限元法的计算步骤

2.1.2 有限元的发展历程

2.1.3 有限元软件

2.2 疲劳分析理论及方法

2.2.1 疲劳寿命的定义

2.2.2 材料的疲劳特性

2.2.3 Miner线性累积损伤模型

2.2.4 疲劳分析软件MSC.Fatigue

2.2.5 疲劳寿命预测方法的选取

2.3 小结

第3章 转向盘骨架有限元模型建立

3.1 转向盘骨架结构简介

3.2 转向盘骨架三维建模

3.3 转向盘骨架有限元建模

3.3.1 单位制确定

3.3.2 对计算模型的要求

3.3.3 空间四面体单元简介

3.3.4 有限元网格划分

3.3.5 转向盘骨架材料

3.4 小结

第4章 转向盘骨架刚度性能分析

4.1 转向盘骨架刚度分析

4.1.1 非线性有限元法简介

4.1.2 刚度分析工况

4.2 转向盘骨架刚度分析结果

4.3 转向盘骨架刚度性能试验

4.3.1 试验方案

4.3.2 试验设备

4.3.3 试验步骤

4.3.4 试验结果分析

4.4 小结

第5章 转向盘疲劳寿命分析及试验验证

5.1 转向盘强度分析

5.1.1 转向盘强度分析工况

5.1.2 转向盘强度分析模型

5.1.3 转向盘强度分析结果

5.2 转向盘疲劳分析

5.2.1 MSC.Fatigue分析疲劳问题的一般步骤

5.2.2 转向盘疲劳仿真计算

5.3 转向盘疲劳试验验证

5.3.1 试验条件

5.3.2 试验结果

5.4 小结

结论和展望

参考文献

致谢