汽車后扭力梁振動疲勞數(shù)值分析與研究.pdf

1、工程上,受到模態(tài)頻率相近的動態(tài)載荷的作用,結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的應(yīng)力水平雖然低于靜態(tài)疲勞極限值,但是仍可能由于疲勞損傷的累積而產(chǎn)生疲勞破壞,而且結(jié)構(gòu)的實際疲勞壽命遠(yuǎn)低于依據(jù)傳統(tǒng)普通疲勞計算而得的預(yù)測結(jié)果。至今為止,這仍是傳統(tǒng)的疲勞壽命分析理論無法清楚闡述的難題之一。
　　本文介紹了振動疲勞與傳統(tǒng)普通疲勞之間的基本概念,提出了振動疲勞與傳統(tǒng)的普通疲勞的主要區(qū)別在于激勵頻率是否涵蓋了結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)頻率。通過對某后扭力梁結(jié)構(gòu)在服役狀態(tài)下容易出現(xiàn)

2、疲勞破壞的分析,提出了一種解決汽車底盤結(jié)構(gòu)振動疲勞的辦法,即運用多體動力學(xué)、有限元法和應(yīng)變工作模態(tài)試驗與分析相結(jié)合的手段,從載荷識別、工作模態(tài)分析、動應(yīng)力數(shù)值估算與試驗驗證、激勵頻率對結(jié)構(gòu)動應(yīng)力影響分析等方面進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上,闡述振動疲勞分析的若干關(guān)鍵技術(shù),本文完成的主要工作如下:
　　1、創(chuàng)建了后扭力梁結(jié)構(gòu)的有限元模型,分析獲得了結(jié)構(gòu)固有模態(tài)頻率,并應(yīng)用模態(tài)試驗驗證了結(jié)構(gòu)有限元模型的準(zhǔn)確性。根據(jù)后扭力梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)下的裝

3、配關(guān)系,確定了后扭力梁結(jié)構(gòu)的3種可能的邊界條件,并運用隨機子空間法識別得到了不同邊界條件下后扭力梁的工作模態(tài)參數(shù),研究表明結(jié)構(gòu)在服役狀態(tài)下其邊界條件較為復(fù)雜。
　　2、為解決大規(guī)模應(yīng)變測試中可能面臨的數(shù)據(jù)采集通道不足的問題,采用二向應(yīng)變片代替應(yīng)變花測試結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變信號,并推導(dǎo)了薄壁結(jié)構(gòu)件的主應(yīng)力計算公式。為驗證推導(dǎo)的主應(yīng)力公式的正確性,設(shè)計和加工了 U型薄壁結(jié)構(gòu)試件,開展應(yīng)變測試。研究表明基于二向應(yīng)變片計算的薄壁件主應(yīng)力能夠反映

4、結(jié)構(gòu)的真實應(yīng)力水平,為后續(xù)工程上的應(yīng)用提供參考。將研究結(jié)果應(yīng)用于后扭力梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析,通過實車道路試驗驗證了該推導(dǎo)方法的正確性和精度。
　　3、考慮后扭力梁結(jié)構(gòu)軸頭處橡膠襯管內(nèi)的襯墊非線性特性,應(yīng)用ADAMS和Matlab/Simulink模塊建立了后扭力梁結(jié)構(gòu)剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型,基于樣車道路試驗采集的懸架彈簧的位移信號,通過迭代仿真獲得了后扭力梁左、右軸頭載荷。為了驗證其準(zhǔn)確性,基于整車臺架試驗對仿真結(jié)果進(jìn)行了驗證。試驗表明

5、聯(lián)合ADAMS和Matlab/Simulink對后扭力梁結(jié)構(gòu)左、右軸頭載荷迭代仿真具有較高的準(zhǔn)確性,誤差控制在10％。
　　4、采用準(zhǔn)靜態(tài)、直接積分和模態(tài)疊加法分析后扭力梁結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力,重點研究了關(guān)鍵部位橫梁的動應(yīng)力變化。通過分析各方法對振動疲勞動應(yīng)力計算精度,對比了三種方法的優(yōu)缺點和適用性。最后,通過整車臺架應(yīng)變試驗對數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行驗證。試驗表明準(zhǔn)靜態(tài)法難以直觀表達(dá)結(jié)構(gòu)的實際動應(yīng)力,而模態(tài)疊加和直接積分法能較準(zhǔn)確描述結(jié)構(gòu)動應(yīng)力

6、。
　　5、考慮了結(jié)構(gòu)尺寸和加工工藝等對材料疲勞特性曲線S-N的影響,經(jīng)修正獲得了部件的S-N曲線?；跍?zhǔn)靜態(tài)、直接積分和模態(tài)疊加法在時域范疇內(nèi)對后扭力梁結(jié)構(gòu)在不同路段的疲勞壽命進(jìn)行數(shù)值仿真分析,找到對應(yīng)路況下結(jié)構(gòu)疲勞壽命薄弱區(qū)域,并通過臺架應(yīng)變試驗對結(jié)果進(jìn)行了驗證。試驗表明這三種方法均能精確定位結(jié)構(gòu)疲勞薄弱區(qū)域,但準(zhǔn)靜態(tài)法不能準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命,而直接積分和模態(tài)疊加法可較為準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命。
　　6、對后扭力