车架疲劳强度的数值仿真与试验研究

摘要

随着全球汽车业竞争压力的加剧，汽车业巨头们正广泛采用零部件全球采购和模块化供货，将新产品开发和制造等工作转由零部件供应商完成，从而为国内的零部件供应商带来了前所未有的市场机遇和挑战。汽车零部件的开发主要采用计算机仿真和试验相结合的手段。其中计算机仿真的有效性直接决定了零部件开发周期。通过仿真结果和试验数据的对比，可以提高计算机仿真在汽车零部件开发中的应用水平。车架是底盘系统的重要安全件，本文以伊斯坦纳车架作为研究对象，阐述了其引进中国后的适应性开发过程，采用整车路谱作为有限元的设计输入，切实提高计算机仿真的应用水平。主要研究工作如下：1、建立伊斯坦纳车架有限元模型并进行验证建立有限元模型，车架本体采用四边形单元，焊接采用二维单元模拟，进行静态刚度分析。通过实际的静态试验结果验证模型的正确性。2、伊斯坦纳车架的道路试验和疲劳分析进行整车路谱采集试验。采用实际测量得到的路谱载荷作为有限元的输入，进行伊斯坦纳车架的疲劳分析。3、伊斯坦纳车架的优化设计根据车架疲劳分析的结果对车架进行局部结构优化，使其满足设计要求。同时通过整车疲劳试验进行验证。通过本课题的完成，将有限元分析方法实际地应用到伊斯坦纳车架的设计开发中，通过试验数据的对比，积累了分析经验，提升了企业的计算机实际应用水平。在课题进行过程中获得了一整套伊斯坦纳车架的静应变分布数据和实车路谱数据，对于今后其他底盘结构件的设计开发具有很强的理论参考价值和实际指导意义，为提高企业自主开发能力迈出了坚实的一步。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 研究对象

1.2.1 商务车的特征及其发展

1.2.2 伊斯坦纳及其车架

1.3 有限元及其在车架开发中的应用

1.3.1 有限元分析的发展历史和现状

1.3.2 车架结构的有限元模型形式

1.3.3 车架结构有限元分析类型

1.4 本文研究内容

1.4.1 本文主要研究内容

1.4.2 章节安排

第二章 车架设计开发

2.1 概述

2.2 车架的设计要求

2.2.1 强度

2.2.2 弯曲强度

2.2.3 扭转刚度

2.2.4 质量

2.2.5 被动安全性

2.3 车架结构形式

2.4 车架的受载及应力分析

2.4.1 车架载荷

2.4.2 车架应力分析

2.5 车架刚度

2.5.1 参数定义

2.5.2 车架扭转刚度

2.6 车架的制造工艺及材料

2.7 伊斯坦纳商务车车架介绍

2.7.1 概述

2.7.2 载荷工况

2.8 车架结构设计开发一般流程

第三章 车架静态试验与整车试验研究

3.1 静态试验

3.1.1 试验目的

3.1.2 试验对象及试验布置

3.1.3 试验条件

3.1.4 试验结果

3.2 整车路谱采集试验

3.2.1 车架应变数据采集

3.2.2 轮心载荷测量

3.2.3 试验测试系统

3.2.4 轮心载荷谱

3.2.5 应变信号处理

3.3 本章小结

第四章 有限元建模与疲劳仿真

4.1 有限元方法概述

4.2 车架有限元模型的建立

4.2.1 车架主要特征

4.2.2 力学简化原则

4.2.3 网格划分的基本原则

4.3 建立有限元模型

4.4 有限元仿真分析

4.4.1 分析工况

4.4.2 分析结果

4.5 静态仿真与试验对比结果

4.6 基于局部应力-应变法的疲劳寿命估算方法

4.7 疲劳仿真计算

4.7.1 材料疲劳特性

4.7.2 疲劳分析

4.8 本章小结

第五章 车架的结构优化及试验验证

5.1 车架的修改原则及具体修改方案

5.1.1 修改原则

5.1.2 车架具体修改方案

5.2 车架有限元验证

5.3 试验验证

5.3.1 整车疲劳试验要求

5.3.2 试验结果

5.4 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 开展的工作回顾

6.2 主要工作成果

6.3 展望

参考文献

致谢

论文发表情况