基于道路模拟激励谱的桥壳虚拟疲劳试验方法研究

摘要

桥壳作为汽车底盘中重要的传力件和承载件，长期受到路面振动冲击，容易发生疲劳失效，严重影响整车的疲劳可靠性和安全性。因此，对桥壳进行疲劳分析和试验是企业产品开发必不可少的重要环节。目前，桥壳疲劳试验主要有实车道路试验、室内台架试验和虚拟疲劳试验三种手段。实车道路试验周期较长、重复性较差且费时费力。室内台架试验主要采用垂直疲劳试验，输入载荷不能高效准确地模拟再现桥壳实际行驶时的真实情况，加载主要采用单轴向两激励的方式，整体模拟效果不好，容易造成过试验或欠试验。虚拟疲劳试验由于其重复性好、试验周期短且成本低，得到了蓬勃的发展，但在桥壳中的应用研究非常欠缺。因此，本文建立多轴向多激励的桥壳刚-柔耦合虚拟疲劳试验系统，基于道路模拟激励谱进行桥壳虚拟疲劳试验方法研究，从而为提高桥壳虚拟疲劳试验的准确性和效率提供理论和技术支撑。　　首先，针对某企业试验车辆，制定桥壳载荷谱采集方案，进行载荷谱采集、分析与处理，并在多轴桥壳道路模拟试验机上基于远程参数控制方法进行模拟迭代，期望响应信号与迭代后的试验响应信号在时域和频域上都吻合较好，平均迭代误差都在10%之内，且相对损伤值在0.8~1.2范围之内，从而精确地获取了不同路况的道路模拟激励谱。　　其次，借助Hyperworks软件和LMS测试系统进行了桥壳有限元建模、仿真模态分析与实验模态分析，仿真模态与实验模态的频率误差5%以内且振型一致。采用模态综合法提取了桥壳柔性体文件，柔性体文件与模态文件振型一致，且Mnf文件的质量、质心位置与Marker均符合要求。在此基础上，借助Adams/View软件，建立了多轴桥壳刚体试验系统模型，结合桥壳柔性体文件，建立了多轴桥壳刚-柔耦合虚拟疲劳试验系统模型，基于简谐信号和随机信号进行了虚拟试验系统运动学验证。　　再次，以道路模拟激励谱为输入激励载荷，进行多轴桥壳刚-柔耦合虚拟疲劳试验系统动力学仿真，提取了桥壳的模态位移，并进行了试验验证，对比了仿真与试验对应测点的主应力信号，其时域与频域曲线强相关且基本重合。　　最后，将提取的模态位移作为虚拟疲劳试验输入，进行了疲劳损伤计算和分析，运用疲劳损伤平均值加权法计算了加权后桥壳的虚拟疲劳损伤与实际采集载荷谱损伤，虚拟疲劳试验和实车试验之间当量系数为2.23。探索了虚拟疲劳试验过程中主要、可控且具有代表性的影响因素，运用正交试验设计法获取了优化方案。结合当量系数和优化方案建立了行之有效的基于道路模拟激励谱的桥壳虚拟疲劳试验方法。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标与研究内容

1.4 研究方法与技术路线

2 桥壳道路载荷谱采集及道路模拟激励谱的获取

2.1 桥壳道路载荷谱采集

2.2 载荷谱处理与分析

2.3 道路模拟激励谱的获取

2.4 本章总结

3 多轴桥壳刚-柔耦合疲劳试验系统建模

3.1 虚拟疲劳试验系统方案设计

3.2 多轴桥壳刚-柔耦合疲劳试验系统建模

3.3 系统可行性验证

3.4 本章总结

4 基于道路模拟激励谱的桥壳动力学仿真分析与模型验证

4.1 载荷的添加

4.2 仿真分析

4.3 模型验证

4.4 本章总结

5 桥壳虚拟疲劳试验方法

5.1 疲劳分析基本理论

5.2 虚拟疲劳试验损伤分析

5.3 当量关系

5.4 桥壳虚拟疲劳试验影响因素分析

5.5 桥壳虚拟疲劳试验方法

5.6 本章总结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果