基于随机路面输入的货车车架可靠性分析评价方法研究

摘要

现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架，车架是整个汽车的基体，绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的。车架的主要作用是支撑并连接汽车的各零部件，并承受来自车内、外的各种载荷。汽车在路面行驶时，车架在载荷作用下会产生变形，同时所受的各种交变载荷会影响车架的可靠性，而车架的可靠性性能直接或间接的影响其它相连部件的相关使用性能，因此在提高汽车整体品质中，车架的可靠性分析是一个十分重要的指标。传统的车架疲劳分析采用时域疲劳分析法，但是在时域中描述加载信号需要非常长的信号记录（因为如果随机信号样本不够多，将不能反映零部件所受载荷情况），这对分析来说不仅费时而且费力。
　　 本文基于频域方法来预测车架疲劳寿命，同时具体研究了钢板弹簧建模的方法。分析路面随机激励下的车架加载点响应功率谱密度输出，然后结合车架的加载点与结构应力之间的传递函数，以及材料的S-N曲线预测疲劳寿命。
　　 首先，对该货车中的钢板弹簧进行有限元建模，考察了摩擦对板簧刚度的影响，得出其对动刚度有较大影响，随着摩擦系数的增加，板簧的动刚度有着显著的增加。然后，对车架模型进行自由模态分析，针对车架在工作中有柔性变形等特点建立了该车架的柔性体文件。再对该车架进行模态频率响应分析，以随频率变化的单位力为输入，将得到的结构频响应力结果作为传递函数，为频域下进行车架疲劳分析提供基础。随后，根据前文建立的板簧有限元模型得到每一片的柔性体文件，再在ADAMS中建立板簧的多体动力学模型，验证了其静刚度值，得到了板簧的动刚度曲线。结合板簧动力学模型和车架柔性体文件，在ADAMS中建立了整车的刚柔耦合模型，仿真求解出D级路面激励下的车架加载点的响应力功率谱密度。最后，根据传递函数和响应功率谱密度求解车架危险点的应力功率谱密度，并结合材料的S-N曲线，对车架进行疲劳分析。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 课题的国内外研究概况

1．2．1 疲劳寿命研究发展概况

1．2．2 疲劳研究状况

1．3 研究内容

第二章 钢板弹簧的有限元分析

2．1 有限元模型的建立

2．2 非线性钢板弹簧模型静力加载分析

2．3 非线性钢板弹簧动态特性分析

2．4 板簧非线性恢复力模型

2．5 本章小结

第三章 车架的有限元动态特性分析

3．1 车架有限元模型

3．2 车架的模态分析

3．2．1 车架模态分析计算与结果分析

3．2．3 车架MNF生成

3．3 频率响应分析

3．3．1 频率响应分析

3．3．2 车架频率响应分析

3．4 本章小结

第四章 整车刚—柔耦合多体动力学模型仿真

4．1 柔性车架建立

4．1．1 ADAMS中柔性体生成方法

4．1．2 柔性体车架MNF文件验证

4．2 钢板弹簧悬架模型的建立

4．2．1 钢板弹簧建模

4．2．2 钢板弹簧模型刚度验证

4．3 货车其他模型的建立及整车模型装配

4．4 随机激励下的整车动力学仿真

4．4．1 随机路面激励构造

4．4．2 随机路面仿真

4．5 本章小结

第五章 车架随机振动疲劳分析

5．1 随机振动疲劳分析简介

5．2 S-N曲线的选取

5．3 车架振动疲劳寿命计算

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 相关结论

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文