基于虚拟样机的车身疲劳寿命分析方法的研究

摘要

汽车工业发展至今,我们对汽车及其零部件提出越来越高的要求,包括了安全性和可靠性问题、舒适性问题、节能环保问题等等。对于安全性和可靠性问题,直接涉及到车辆各个部件尤其是车身零件的强度及疲劳寿命问题,这是汽车工程研究的一个重要方向。对疲劳寿命分析方法进行研究具有重要的实际工程意义。
　　 为此本课题利用有限元技术,依据多体动力学理论和疲劳分析理论,建立疲劳分析虚拟样机,目的就是要找到一些适合于分析车身部件疲劳寿命的计算机辅助工程(CAE)分析方法。这套虚拟试验系统可以克服实验对实验场地、实验时间和经费投入等因素的局限,同时要利用台架试验快速准确的优点,用比较少的时间和投入对白车身疲劳寿命做出可信的分析,其最终目的是要将这套系统运用到汽车的设计阶段,其结果用于对白车身的设计指导。
　　 本文首先会对疲劳理论进行简单的介绍。然后利用成熟的ADAMS/Car软件建立整车的多体动力学模型,仿真其在各种不平路面上行驶,用以得到悬架传递给车身的载荷。其间进行了总成及整车的仿真测试以确定建模的正确性。之后基于车身的CAD模型进行网格划分,得到车身结构有限元模型。并在进行下一步分析前,对车身进行初步的刚强度及模态分析,一方面可以了解车身结构薄弱的地方,还可以将其与实际对比,验证模型的准确性。得到所需的载荷信号和车身结构模型后,进行了振动疲劳分析和瞬态时域疲劳分析。然后将不同方法的结果进行对比,发现总体上是一致的。最后对于车身上的某些部位提出改进意见,给出了建议新增加零件的方案,并对其进行了验证。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 论文背景

1.2 汽车疲劳分析的国内外发展现状

1.3 结构疲劳寿命分析概述

1.3.1 疲劳和疲劳寿命

1.3.2 疲劳分析发展史

1.4 确定疲劳寿命的方法

1.5 白车身疲劳研究的整体思路

本章小结

第2章 疲劳理论

2.1 疲劳累计损伤理论

2.2 疲劳荷载谱的处理

2.3 影响疲劳强度的主要因素

2.3.1 应力集中的影响

2.3.2 尺寸影响

2.3.3 表面状况的影响

2.3.4 载荷的影响

2.4 金属材料的S——N曲线

2.5 应变——寿命曲线

本章小结

第3章 虚拟样机模型的建立及验证

3.1 ADAMS/car模块介绍

3.2 各子系统模型

3.2.1 前悬架

3.2.2 后悬架

3.2.3 转向系统

3.2.4 车身

3.2.5 轮胎

3.2.6 动力系统

3.2.7 横向稳定杆

3.2.8 刹车系统

3.3 虚拟样机测试

3.3.1 悬架系统

3.3.2 整车测试系统

3.4 车身初步结构分析

3.4.1 白车身扭转刚度分析

3.4.2 白车身弯曲刚度分析

3.4.3 模态分析

本章小结

第4章 疲劳寿命分析

4.1 随机路面激励信号

4.1.1 频域路面

4.1.2 不平路面行驶仿真

4.2 随机信号处理

4.2.1 傅立叶级数及其变换:

4.2.2 功率谱密度函数

4.2.3 功率谱密度信号

4.3 有限元频响分析

4.3.1 频率响应函数

4.3.2 车身系统频率响应函数计算

4.4 振动疲劳计算

4.4.1 PSD应力疲劳分析理论

4.4.2 Fatigue传递函数法疲劳计算

4.5 振动疲劳分析结果

4.6 瞬态时域疲劳分析

4.6.1 台阶路面工况疲劳分析

4.6.2 左右扭曲路面

本章小结

第5章 针对前舱疲劳的优化改进

5.1 相应静态车身有限元分析

5.1.1 前舱弯曲刚度分析

5.1.2 疲劳分析

5.1.3 前舱主要受力件对弯曲刚度的灵敏度分析

5.1.4 前舱扭转

5.1.5 前舱扭转疲劳分析

5.1.6 前舱主要受力板件对扭转刚度的灵敏度分析

5.2 前舱针对疲劳优化改进

5.2.1 利用静力分析进行第一轮改进

5.2.2 静态法进行改进方案校核

5.2.3 利用瞬态响应法进行校核并进行第二轮改进

本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果