基于模态频率响应的半挂车车架疲劳寿命预测

摘要

随着国民经济的发展，对重型汽车安全性的要求越来越高。但国产汽车的可靠性差，汽车结构多处存在疲劳薄弱位置。在设计阶段对汽车零部件的模态、强度、刚度和疲劳进行准确的分析计算，就可尽早的预测出零部件可能失效状态和疲劳寿命，能有效地缩短产品的开发周期，提高设计效率，降低开发成本。
　　 对于有限元分析来说，时域信号常常非常冗长，数据量大，给处理带来较大的困难。采用功率谱密度作为激励模型的信号输入，提高了计算效率。通过模态频率响应分析，获得了固有频率附近的应力或应变。因此本文采用模态频率响应对半挂车车架进行疲劳分析。
　　 本文利用基于模态频率响应分析的计算方法进行半挂车车架疲劳寿命预测。首先采用Msc.Patran对车架进行模态频率响应分析;同时在ADAMS/car中建立整车多体动力学模型，采用E级路面，对其进行仿真分析，从而获得车架各连接点的载荷时间历程，并将动态载荷转换成功率谱密度。结合动态载荷分析与有限元分析结果，基于Dirlik方法分析得到车架疲劳寿命和最危险点的寿命值。计算结果证明了基于模态频率响应分析的疲劳分析方法能够快捷、有效地预测随机动态载荷下的半挂车车架的疲劳寿命。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 本课题研究的意义

1．2 国内外情况与发展水平

1．2．1 国外情况与发展水平

1．2．2 国内发展情况

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本章小结

第二章 疲劳分析的基本理论与方法

2．1 S-N曲线与疲劳极限

2．1．1 S-N曲线

2．1．2 疲劳极限

2．1．3 S-N曲线的数学表示式

2．2 疲劳累计损伤准则

2．3 影响结构疲劳强度的因素

2．4 基于频域的随机振动疲劳理论

2．4．1 疲劳振动简介

2．4．2 基于频率响应的随机振动疲劳方法

2．5 半挂车车架疲劳寿命预测的技术路线

2．6 本章小结

第三章 车架有限元模型的静强度分析

3．1 有限元分析方法介绍

3．1．1 有限元的基本理论

3．1．2 有限元法的计算步骤

3．2 有限元软件的介绍

3．2．1 hypermesh软件介绍

3．2．2 MSC．Patran软件介绍

3．3 车架有限元模型的建立

3．3．1 有限元分析的流程

3．3．2 有限元模型建立的关键问题

3．3．3 半挂车车架实体模型的建立

3．3．4 半挂车车架的有限元模型

3．4 车架的静力学分析

3．4．1 车架的载荷及约束

3．4．2 有限元模型计算

3．4．3 半挂车车架静载扭转工况有限元分析

3．5 本章小结

第四章 半挂车车架的结构动力学分析

4．1 MSC．Nastran动力分析功能介绍

4．2 模态分析

4．2．1 模态分析的理论基础

4．2．2 在模态分析过程中的边界条件

4．2．3 模态分析结果与计算

4．3 车架的频率响应分析

4．3．1 频率响应分析概述

4．3．2 模态频率响应分析的参数设置

4．3．3 车架的频率响应结果

4．4 本章小结

第五章 整车多体动力学分析

5．1 多体动力学模型的建立

5．1．1 多体动力学研究方法

5．2 ADAMS／car软件简介

5．2．1 ADAMS／car建模思路

5．2．2 ADAMS／car文件体系

5．3 整车多刚体模型

5．3．1 动力总成模板的建立

5．3．2 转向系模板的建立

5．3．3 悬挂模板的建立

5．3．4 第五轮模型建立

5．3．5 轮胎模型的建立

5．3．6 整车模型的建立

5．3．7 道路模型的建立

5．4 整车多体动力学仿真

5．5 本章小结

第六章 车架疲劳寿命分析

6．1 疲劳分析软件的简介

6．2 车架在随机激励下的响应谱分析

6．3 车架疲劳寿命的分析与计算

6．3．1 材料的疲劳属性

6．3．2 E级路面车架疲劳分析结果

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

攻读硕士论文期间发表的论文