基于CAE技术的某半挂车车架疲劳寿命预估研究

摘要

本文以某型半挂车车架为研究对象，以计算机辅助设计、有限元计算、多体动力学分析等CAE仿真技术为平台，对车架的疲劳寿命进行了预估。作者的主要工作有：对现有的主要疲劳评估理论和方法进行了分析、总结和比较，选择了适合本文研究对象的疲劳评估理论与方法——基于频域的振动疲劳分析方法；建立了车架的有限元模型并进行了静态强度的校核；分析了车架的模态特性和频率响应特性，得出了车架的频率响应函数；由多体动力学仿真获得了车架动态外载的时间历程；根据车架的频率响应函数、动态载荷的时间历程和特定的S-N曲线，建立了车架疲劳分析的频域模型，预测了车架的疲劳寿命，找出了其薄弱环节，为该挂车的安全性评价和优化设计提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题的科学意义和应用前景

1.2相关理论、方法的研究现状

1.2.1疲劳理论的发展综述

1.2.2随机疲劳的预测仿真现状

1.3本文的主要工作

2随机疲劳的评定理论与方法

2.1金属材料的疲劳特性概述

2.1.1材料的S-N曲线

2.1.2疲劳累积损伤模型

2.2基于时域的疲劳评定方法

2.2.1雨流循环计数法

2.2.2疲劳评定的名义应力法(S-N法)

2.2.3疲劳评定的局部应力应变法(ε-N法)

2.3基于频域的随机疲劳评定方法

2.3.1应力随机过程的峰值数分布

2.3.2应力随机过程的峰值数概率密度在循环统计与损伤计算中的应用

2.3.3功率谱密度在频域随机疲劳评定中的作用

2.4车架振动疲劳分析路线的确定

2.5本章小结

3车架有限元建模与静力分析

3.1分析对象概述

3.1.1半挂车及车架总成结构介绍

3.1.2车架分析的坐标系

3.1.3车架材料属性

3.2车架有限元模型的建立

3.2.1分析软件的选用

3.2.2车架受力状况与物理模型特性的定性分析

3.2.3单元类型的选择与模型的离散化

3.2.4静力分析的边界条件确定

3.3车架强度计算结果分析

3.4有限元模型的试验验证

3.4.1试验目的

3.4.2试验对象

3.4.3试验仪器与设备

3.4.4试验方法

3.4.5试验结果与有限元静强度计算结果对比分析

3.5本章小结

4车架的结构动力分析

4.1车架模态分析

4.1.1车架模态分析概述

4.1.2模态分析理论基础

4.1.3车架模态分析前处理

4.1.4车架模态计算结果分析

4.2车架频率响应分析

4.2.1简谐激励的运动方程求解方法

4.3本章小结

5车架动态外载的计算

5.1时域路面激励的仿真反求

5.1.1路面不平度的功率谱密度

5.1.2时域反求路面不平度激励的技术路线

5.2路面激励作用下的车架动态外载仿真

5.2.1半挂车1/2振动模型的分析

5.2.2路面-车辆虚拟仿真模型建模

5.2.3动态外载的仿真结果

5.3本章小结

6基于频域的车架振动疲劳寿命估计

6.1疲劳分析软件简介

6.2 MSC.Fatigue环境下振动疲劳寿命频域估计的技术路线

6.3随机激励下车架应力响应谱的分析

6.4基于应力谱密度的疲劳估计

6.4.1 S-N曲线的选取

6.4.2车架疲劳寿命计算结果及分析

6.5本章小结

结论

致谢

参考文献