汽車后扭力梁振動(dòng)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(dòng)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(shí)際疲勞壽命遠(yuǎn)低于依據(jù)傳統(tǒng)普通疲勞計(jì)算而得的預(yù)測(cè)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(dòng)疲勞與傳統(tǒng)普通疲勞之間的基本概念,提出了振動(dòng)疲勞與傳統(tǒng)的普通疲勞的主要區(qū)別在于激勵(lì)頻率是否涵蓋了結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)頻率。通過對(duì)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(dòng)疲勞的辦法,即運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)、有限元法和應(yīng)變工作模態(tài)試驗(yàn)與分析相結(jié)合的手段,從載荷識(shí)別、工作模態(tài)分析、動(dòng)應(yīng)力數(shù)值估算與試驗(yàn)驗(yàn)證、激勵(lì)頻率對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)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(yàn)驗(yàn)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(shí)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(yùn)用隨機(jī)子空間法識(shí)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(cè)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(cè)試結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變信號(hào),并推導(dǎo)了薄壁結(jié)構(gòu)件的主應(yīng)力計(jì)算公式。為驗(yàn)證推導(dǎo)的主應(yīng)力公式的正確性,設(shè)計(jì)和加工了 U型薄壁結(jié)構(gòu)試件,開展應(yīng)變測(cè)試。研究表明基于二向應(yīng)變片計(jì)算的薄壁件主應(yīng)力能夠反映

4、結(jié)構(gòu)的真實(shí)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(shí)車道路試驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)力學(xué)模型,基于樣車道路試驗(yàn)采集的懸架彈簧的位移信號(hào),通過迭代仿真獲得了后扭力梁左、右軸頭載荷。為了驗(yàn)證其準(zhǔn)確性,基于整車臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)表明

5、聯(lián)合ADAMS和Matlab/Simulink對(duì)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(dòng)應(yīng)力,重點(diǎn)研究了關(guān)鍵部位橫梁的動(dòng)應(yīng)力變化。通過分析各方法對(duì)振動(dòng)疲勞動(dòng)應(yīng)力計(jì)算精度,對(duì)比了三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。最后,通過整車臺(tái)架應(yīng)變?cè)囼?yàn)對(duì)數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)表明準(zhǔn)靜態(tài)法難以直觀表達(dá)結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)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(dòng)應(yīng)力

6、。
　　5、考慮了結(jié)構(gòu)尺寸和加工工藝等對(duì)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(shí)域范疇內(nèi)對(duì)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(duì)應(yīng)路況下結(jié)構(gòu)疲勞壽命薄弱區(qū)域,并通過臺(tái)架應(yīng)變?cè)囼?yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)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(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命。
　　6、對(duì)后扭力