车辆悬架部件疲劳可靠性研究

摘要

车辆悬架是关乎车辆安全性与舒适性的重要部件，在行驶过程中承受随时间变化的动态随机载荷。在这种动态载荷作用下，将产生动态应力，引起疲劳损伤，最终发生疲劳失效问题。在汽车产品的研发过程中，传统的可靠性试验与经验设计已经不能准确代表实际用户的真实复杂使用情况。
　　 结合天津市应用基础及前沿技术研究计划课题，本文以车辆悬架零部件为研究对象，以国内典型城市实际道路载荷谱试验数据为基础，利用先进的载荷测试技术与现代CAE仿真技术，对车辆悬架零部件复杂载荷工况下疲劳可靠性寿命预测展开研究，本文进行了以下工作：首先简要介绍了多体动力学、疲劳耐久性工程方面基本理论与技术方法，总结了国内外车辆载荷谱与疲劳耐久性寿命预测方面的研究进展与现状，并提出了本文的主要研究内容。其次对车轮力传感器测量得到的悬架外部真实载荷数据进行预处理，包括传感器标定分析、奇异数据剔除、飘移项消除，以及小载荷处理；通过坐标变换得到车身坐标系的载荷谱，为动力学分析提供边界约束条件；并对载荷谱进行幅值以及雨流矩阵统计分析。在考虑橡胶衬套等柔性连接的前提下，根据车辆麦弗逊前悬架的三维几何模型建立车辆悬架的多体动力学模型，通过前悬架模型的动力学仿真，获取零部件的动态响应载荷谱，为耐久性寿命分析提供载荷条件。采用基于“惯性释放”技术的多工况有限元方法与疲劳可靠性理论，对悬架的典型零部件转向节进行疲劳损伤统计以及疲劳可靠性寿命预测，并对影响转向节疲劳寿命的各项因素进行分析。
　　 本论文研究为车辆悬架及其他零部件的优化设计提供了可靠的参考依据，具有一定的理论参考价值与工程实际意义。