車輛疲勞耐久性分析、試驗(yàn)與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、車輛中大多數(shù)關(guān)鍵零部件的失效都是疲勞破壞。疲勞耐久性作為車輛產(chǎn)品主要性能指標(biāo)之一，直接關(guān)系到車輛安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)車輛產(chǎn)品品質(zhì)和聲譽(yù)產(chǎn)生重要的影響，因此越來(lái)越受到企業(yè)以及用戶的重視。如何對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行疲勞耐久性驗(yàn)證并解決耐久性問(wèn)題、最終實(shí)現(xiàn)耐久性的提升，成為當(dāng)今車輛技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。在綜述車輛疲勞耐久性的研究現(xiàn)狀以及存在的不足基礎(chǔ)上，本文圍繞著車輛疲勞耐久性的CAE分析、道路模擬試驗(yàn)驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)抗疲勞優(yōu)化三個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究，

2、掌握其關(guān)鍵技術(shù)，建立了車輛疲勞耐久性問(wèn)題的一體化解決方案，為車輛企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)提供有力的指導(dǎo)和技術(shù)支持。本文的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 采用預(yù)處理和加速編輯方法對(duì)整車道路載荷譜進(jìn)行處理。采用預(yù)處理技術(shù)，對(duì)載荷譜進(jìn)行毛刺信號(hào)剔除、漂移糾正、傅立葉濾波等。通過(guò)載荷譜的載荷循環(huán)頻數(shù)、損傷分布分析，確定載荷譜加速編輯的根據(jù)，并提出了載荷譜編輯的原則。為了使編輯后的載荷譜在道路模擬試驗(yàn)臺(tái)上順利的復(fù)現(xiàn)，同時(shí)又能節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，本文提出

3、了兼顧損傷和PSD的載荷譜加速編輯方法，減少了編輯后載荷譜在頻域上的失真，促進(jìn)道路模擬迭代的完成。另外，還提出了載荷譜編輯時(shí)針對(duì)道路模擬試驗(yàn)臺(tái)迭代能力欠佳的情況下的解決方法。
　　 在室內(nèi)進(jìn)行道路模擬試驗(yàn)，復(fù)現(xiàn)汽車在試驗(yàn)場(chǎng)的各種工況。采用白噪聲信號(hào)的激勵(lì)與響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)道路模擬的系統(tǒng)識(shí)別，并對(duì)識(shí)別質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)?；谧R(shí)別的系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)，并采用迭代的方式，得到試驗(yàn)臺(tái)對(duì)輪胎的激勵(lì)信號(hào)，保證室內(nèi)輪胎中心的加速度信號(hào)與試驗(yàn)場(chǎng)的目標(biāo)信號(hào)誤差

4、足夠小。總結(jié)了迭代過(guò)程中增益系數(shù)(gain)的調(diào)整等關(guān)鍵技術(shù)與注意點(diǎn)。室內(nèi)試驗(yàn)的故障結(jié)果與路試的情況一致，表明道路模擬耐久性試驗(yàn)的有效性。在耐久性試驗(yàn)過(guò)程中，還建立了基于動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行損傷裂紋識(shí)別的方法，具有一定的工程應(yīng)用意義。
　　 建立整車剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)分析模型，基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)方法和道路模擬物理迭代獲得的路面激勵(lì)，獲取上擺臂的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)。采用模態(tài)綜合法(CMS)分析，得到上擺臂的柔性體模型并獲得模態(tài)應(yīng)力結(jié)果

5、。利用ADAMS/CARRide提供的虛擬四立柱建立了以上擺臂為柔性體的整車剛?cè)狁詈夏Ｐ?。本文提出了基于道路模擬物理迭代獲取路面對(duì)輪胎的位移激勵(lì)的方法，并以此激勵(lì)信號(hào)作為剛?cè)狁詈戏抡娴倪吔鐥l件，提高了CAE中輸入載荷的精確性與有效性，并實(shí)現(xiàn)了CAE仿真與道路試驗(yàn)采用同樣工況的雙重驗(yàn)證。剛?cè)狁詈戏抡娴玫饺嵝泽w的各階模態(tài)位移，結(jié)合模態(tài)應(yīng)力結(jié)果，采用模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)法得到上擺臂動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)。與路試中動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果表明基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)獲取動(dòng)應(yīng)力

6、的方法精度高，是一種有效的分析方法。
　　 針對(duì)汽車部分零部件承受非比例多軸載荷，其材料特性與單軸載荷的情況有顯著區(qū)別，本文對(duì)多軸疲勞問(wèn)題展開(kāi)研究。建立以下擺臂為柔性體的整車剛?cè)狁詈夏Ｐ?，以道路模擬得到的輪胎激勵(lì)為邊界條件，在虛擬樣機(jī)中采集輪心處的加速度信號(hào)并與試驗(yàn)場(chǎng)原始目標(biāo)信號(hào)對(duì)比，驗(yàn)證了剛?cè)狁詈夏Ｐ偷挠行裕抡娅@取下擺臂各連接點(diǎn)處的載荷譜。采用慣性釋放法，獲取下擺臂在單位載荷下的應(yīng)力分布。通過(guò)二軸性分析，利用二軸比標(biāo)準(zhǔn)偏差

7、、二軸比時(shí)間歷程、反映主應(yīng)力方向的角度(φ)p的時(shí)間歷程、二軸比對(duì)最大主應(yīng)力的分布、角度(φ)p對(duì)最大主應(yīng)力的分布等途徑確定下擺臂處于非比例多軸載荷狀態(tài)。最后，采用Wang-Brown方法進(jìn)行下擺臂多軸疲勞分析，分析結(jié)果與試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　 針對(duì)車架支架與縱梁連接處的頑固開(kāi)裂，建立了考慮疲勞壽命的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法?；贑AE分析得到車架支架的疲勞壽命，以路試結(jié)果驗(yàn)證了CAE結(jié)果的有效性，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備?？紤]疲勞

8、壽命的約束，進(jìn)行車架支架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化，得到材料的合理分布結(jié)果。依據(jù)該分布結(jié)果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。對(duì)車架支架、設(shè)計(jì)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等板件進(jìn)行了考慮壽命的尺寸優(yōu)化。結(jié)果表明，結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化兩種先進(jìn)方法，在車架總質(zhì)量不變的條件下，實(shí)現(xiàn)車架支架疲勞壽命大幅度提升。
　　 針對(duì)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗疲勞優(yōu)化設(shè)計(jì)中遇到的非線性、計(jì)算繁瑣、不易迭代等問(wèn)題，建立了基于近似模型的結(jié)構(gòu)抗疲勞優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過(guò)建立參數(shù)化模型、拉丁超方法(LatinHyp