转向节振动疲劳寿命分析

摘要

转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，转向节的功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。随着车辆运行速度的提高，汽车各部分的运行工况变得更为恶劣。转向节承受着多变的冲击载荷，在运行中车辆转向节的疲劳损伤问题日益突出。目前大量的事故很多都是由转向节疲劳损伤破坏引起的，因此车辆的转向节是否满足静强度、疲劳寿命可靠性的要求，直接关系到人的安全。本文以浙江省重大专项《多车型共享底盘平台数字化开发技术及应用》为背景，对某型转向节典型工况有限元分析、疲劳分析。主要工作和研究成果如下：
　　 1.在PATRAN中建立转向节的模型，并根据实际情况对模型做适当简化。采用tet10单元对转向节进行网格划分。定义了转向节的材料属性和约束形式，重点分析了如何用rbe2单元约束转向节自由度，以及如何用rbe3单元实现对转向节加载。
　　 2.根据汽车行驶时车轮的受力状况，详细研究了转向节在3种典型工况下的受力情况，并分别给出了各种工况下所受力、力矩的计算公式。为了分析转向节在典型危险工况下的应力分布状况，采用了PATRAN和NASTRAN有限元分析软件对此转向节进行了有限元分析，分析结果表明该转向节可以满足静强度要求。
　　 3.为了对汽车转向节进行了模态分析，采用PATRAN和NASTRAN有限元分析软件计算并提取了转向节前十阶固频率和振型。模态分析之后，对转向节做了单位应力的频率响应分析，可以更加直观的看到转向节危险节点应变、应力与激振频率之间的关系。单位载荷的频率响应曲线图也就是系统的传递函数，该传递函数是转向节振动疲劳分析的基础。
　　 4.在转向节静态和动态有限元分析的基础上，考虑材料的疲劳特性，平均应力影响因素，采用MSC.Fatigue软件对转向节进行疲劳寿命分析。
　　 通过本文第三章分析可知该转向节的静强度满足要求；第四章求出了转向节的固有频率和频率响应分析并得到转向节的动态特性曲线；通过第五章疲劳分析求解出了汽车在B级和C级路面运动时转向节的振动疲劳寿命。实现了在设计阶段对转向节寿命的预测。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 本课题选题的目的和意义

1.2 汽车转向节介绍

1.3 汽车转向节国内外研究现状

1.4 本课题的研究目标和内容

第二章 疲劳强度理论

2.1 疲劳寿命理论

2.1.1 名义应力法

2.1.2 局部应力应变法

2.1.3 损伤容限法

2.2 随机振动疲劳分析方法

2.2.1 基于窄带信号的疲劳分析

2.2.2 基于宽带信号的疲劳分析

2.3 疲劳累积损伤理论

2.4 疲劳寿命预测的方法及流程

2.5 本章小结

第三章 转向节结构强度分析

3.1 MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN介绍

3.2 MSC.PATRAN建模和MSC.NASTRAN分析一般流程

3.3 转向节强度分析

3.3.1 转向节典型危险工况分析

3.3.2 汽车参数

3.3.3 转向节典型危险工况有限元分析

3.4 本章小结

第四章 转向节模态和频率响应分析

4.1 模态分析理论基础

4.2 转向节模态分析

4.3 转向节频率响应分析

4.4 本章小结

第五章 转向节振动疲劳寿命分析

5.1 MSC.Fatigue介绍

5.2 MSC.Fatigue分析疲劳问题的一般流程

5.3 载荷谱

5.3.1 路面不平度的功率谱密度

5.3.2 Adams/Car仿真得到的载荷谱

5.4 材料疲劳信息

5.5 转向节疲劳仿真

5.5.1 总体设置

5.5.2 求解方式设置

5.5.3 材料信息设置

5.5.4 载荷信息设置

5.5.5 转向节疲劳仿真结果

5.5.6 转向节三种典型基本危险工况疲劳仿真

5.5.7 转向节三种典型危险工况疲劳寿命估算

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果