汽车悬架部件的疲劳寿命分析与优化设计

摘要

汽车悬架是汽车重要部件之一,其决定汽车的舒适性、稳定性和可靠性,是确保汽车能够安全运行的关键部件。悬架在汽车运行过程中承受不断变化的随机动载荷,以静强度方法校核悬架零部件强度不能得到准确结果。定量分析外部载荷对悬架零部件疲劳寿命的影响一直是设计人员重点考虑的问题。此外,在保证悬架零部件疲劳寿命的条件下如何对其进行轻量化设计,也是亟待解决的问题。
　　本文对实测车轮载荷谱处理、汽车悬架多体动力学建模及仿真、汽车悬架零部件疲劳寿命计算和基于疲劳寿命的拓扑优化设计的相关问题展开了研究,主要进行了以下工作:首先简要介绍了多体动力学、多轴疲劳及拓扑优化等相关理论,总结国内外的研究进展与现状,提出本文的主要研究内容。考虑横向稳定杆弹性变形会对动力学计算结果产生影响,分别建立刚体动力学模型和刚柔耦合多体动力学模型,分析横向稳定杆不同建模方法对计算结果的影响。为减少数据量,在保证重要时间历程不被删除的条件下,对实测道路载荷谱进行编辑,完成对道路载荷谱压缩。通过采用刚柔耦合多体动力学模型计算前悬架零部件局部载荷作为边界条件,利用准静态法和等效应力应变法,对前悬架零部件进行疲劳可靠性计算。考虑到悬架零部件承受载荷的复杂性,对疲劳寿命危险区域进行多轴应力状态评价,验证疲劳寿命计算方法的合理性。提取疲劳寿命危险区域的应力时间历程,确定疲劳损伤最大时刻,对该时刻进行拓扑优化设计,在确保没有减少疲劳寿命的条件下,得到转向节轻量化设计模型。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状与发展动态

1.3本文选题背景与意义

1.4本文主要工作

第二章 基础理论

2.1多体动力学计算理论

2.2柔性体系统动力学模型的降阶准则

2.3多轴疲劳失效准则

2.4拓扑优化理论

2.5本章小结

第三章 麦弗逊悬架刚体动力学模型

3.1引言

3.2悬架多体动力学模型

3.3横向稳定杆简化动力学模型

3.4本章小结

第四章 麦弗逊悬架动力学仿真

4.1引言

4.2横向稳定杆柔性体模型

4.3载荷谱数据压缩

4.4多体动力学计算

4.5本章小结

第五章 转向节疲劳寿命计算及其拓扑优化

5.1引言

5.2基于准静态分析法的动态应力场分析

5.3疲劳寿命计算

5.4基于疲劳寿命的拓扑优化

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢