轿车底盘零部件耐久性虚拟试验方法研究

针对轿车开发过程中传统耐久性试验周期长费用高的缺点,以实车道路载荷谱采集试验为基础,应用多体系统动力学(MBS)和有限元(FEA)仿真技术建立整车的虚拟仿真模型,通过耐久性虚拟试验实现整车开发过程中底盘零部件疲劳寿命的有效预估。将疲劳寿命的仿真值与试验值进行对比分析,结果表明两者具有较高的一致性,说明耐久性虚拟试验可以有效地实现关键零部件的疲劳寿命预测。     

基于虚拟迭代技术的中型货车驾驶室载荷谱的求取

某货车驾驶室疲劳载荷激励输入位置位于驾驶室与悬置连接处,在进行整车强化道路耐久试验时无法安装设备直接采集。为获取较为准确的驾驶室疲劳寿命分析载荷谱,对强化耐久路面下整车加速度响应信号进行虚拟迭代。虚拟迭代时需调用整车多体动力学模型,为提高整车模型精度,基于Craig-Bampton综合模态理论生成柔性体车架,建立刚柔耦合的整车多体动力学模型。将Femfat-lab与ADAMS/Car进行联合仿真计算,以白噪声为初始输入,求解刚柔耦合整车多体动力学模型的非线性传递函数,基于循环迭代原理,进行各种典型强化路况下驾驶室悬置附近加速度响应信号的虚拟迭代。利用时域信号对比法及损伤阈值法作为迭代收敛判据,获得满足精度需求的位移驱动信号。将位移驱动信号导入到ADAMS/Car中,对整车多体动力学模型进行驱动仿真,提取驾驶室疲劳分析所需激励载荷谱,将虚拟迭代求得的载荷谱用于疲劳寿命分析所得结果与驾驶室疲劳强化台架试验结果进行对比。研究结果表明：出现疲劳破坏的部位相同度达75%,疲劳寿命误差在20%左右,表明虚拟迭代过程中基于柔性体车架建立的刚柔耦合多体动力学模型的仿真计算,可获得较高精度的迭代结果;以位移谱驱动整车多体动力学模型进行仿真能够有效避免六分力直接驱动时模型翻转等不稳定现象,并且整车模型仿真加速度响应结果与实测相应位置加速度响应吻合度较高;相比于传统的疲劳分析载荷获取方法,虚拟迭代技术可以在较低试验成本的情况下获取较高精度的载荷谱,并能够提取由于连接位置导致的无法直接进行载荷测量部位的疲劳分析载荷。     

基于道路载荷谱的车身疲劳寿命改进研究

叙述了基于实测道路载荷谱将CAE疲劳寿命预测技术与整车道路模拟试验相结合的方法对某车型车身进行疲劳失效再现和改进设计的过程,改进后的车身分别通过了整车台架试验和试车场道路耐久试验,解决了开发过程中的实际问题。虚拟分析识别出的失效位置与物理试验失效结果一致,可以利用其部分替代物理试验来进行车身的改进设计。实践证明CAE疲劳寿命预测技术与整车道路模拟试验相结合的方法能够有效减少车身开发中的试验数量、缩短开发周期。     

基于实测路谱的比利时路面载荷预测与试验对比研究

基于某C级轿车实测数据在ADAMS/car中建立了整车多体动力学模型和虚拟2D比利时试验场路面模型,并以该路面耐久性行驶工况为输入条件,结合多体仿真、载荷虚拟迭代和道路载荷数据采集等技术获取了路面车辆的工作载荷。试验结果表明,比利时路面载荷预测仿真结果与测试结果在时域、幅值频次趋势基本一致,该方法可有效预测比利时路面车辆的动态载荷,同时可为整车及零部件的疲劳寿命分析和结构优化提供载荷输入条件。     

基于实测载荷谱的整车疲劳开发与试验对比研究

采集某试验车的试验场道路载荷谱,建立其多体动力学(Multi-body Dynamics,MBD)模型,提取底盘件及其与车身连接点的载荷。通过有限元疲劳仿真分析,预测整车的寿命。在试制样车完成后,分别开展试验场道路试验和整车四通道台架试验,将仿真分析结果与试验场试验和台架试验的结果进行对比。结果表明,仿真分析的失效位置与两种试验的失效结果一致。有限元疲劳仿真分析和台架试验可用于产品设计阶段,具有缩短开发周期和节约开发成本的优势。     

动力电池框振动台架研究与应用

针对动力电池框在整车试验中的疲劳开裂问题,分析开裂原因,进行设计改进,并对改进后的结构进行台架快速试验验证。文章通过仿真,在常规的试验载荷谱压缩基础上,制定载荷谱强化系数,从而得到一种不依赖于经验的振动台架耐久载荷谱制定方法。结果表明:动力电池框原始方案疲劳仿真开裂部位与道路试验开裂部位一致;疲劳仿真开裂寿命与整车试验的误差在允许范围内。新方案改进效果明显,寿命满足耐久性要求;动力电池框改进方案疲劳仿真寿命与台架试验结果相吻合。结果表明,所采用的仿真制定振动台架耐久载荷谱方法可行。     

虚拟试车场技术预报载货汽车底盘耐久性研究

针对载货汽车开发过程中传统耐久性试验周期长、费用高的缺点,以某耐久性试车场道路为输入条件,应用虚拟试车场技术(VPG)建立了整车虚拟仿真模型.模拟分析载货汽车底盘动应力响应,并与相同路况下的实车试验测试结果进行了对比研究.结果表明,测试结果与VPG模拟结果在时域与频域上的趋势基本一致.在此基础上,运用疲劳分析软件FEMFAT4.7实现了对载货汽车底盘耐久性的有效预报.     

基于虚拟疲劳分析的改款车型快速开发

根根据改款车型开发的特点,以原车型道路载荷谱作为输入,应用虚拟疲劳分析技术,在无物理样车的情况下对新车型进行了车身疲劳寿命预估和车身结构优化设计,通过整车台架耐久试验验证了虚拟疲劳分析结果的正确性。在此基础上,通过提前启动生产准备及减少物理样车试验轮次,在保证车身耐久性能满足开发目标的前提下,缩短了研发周期。     

基于焊缝疲劳寿命预测的后桥设计改进

运用焊缝疲劳寿命预测技术对某扭杆梁后桥进行疲劳失效重现,并提出了改进方案。通过物理台架和整车道路试验,建立了仿真分析-台架-道路3者之间的相关性,缩减了产品开发周期,降低了开发成本,提高了产品质量。     

A Virtual Durability Test Method for Heavy Truck Based on Axle Displacement Response

以某重型载货汽车为研究对象,提出一种基于车轴位移响应的耐久性虚拟试验方法.该方法首先采集车轴位置的加速度响应;建立基于车轴位移响应驱动的整车多体动力学刚柔耦合模型;接着基于上述试验和刚柔耦合模型复现整车实际道路的载荷历程,预测整车及其关键零部件的疲劳寿命.最后,对其前悬架左减振器支架进行的分析,验证了所提出的试验方法的有效性.     

汽车喇叭支架振动疲劳分析

某车型喇叭支架系统在振动试验中发生疲劳断裂失效。针对试验结果分析,对现有的喇叭支架进行了模态和动应力、振动加速度计算分析,确定了仿真分析的边界条件、共振阻尼参数以及共振疲劳分析的方法,提出了结构改进方案,并且该方案通过了试验验证。结果表明,应用有限元仿真和试验相结合的方法可以有效地预测零件系统是否满足振动疲劳的性能要求。     

计及成形因素影响的车身结构疲劳分析

基于随机振动理论,推导了车身结构随机振动响应谱的计算公式;采用Goodman曲线进行交变载荷的等损伤转换,建立了应力幅和平均应力之间的关系式;以材料的疲劳极限作为疲劳抗力指标,将残余应力等效为平均应力,以研究成形因素对疲劳性能的影响;以某汽车尾端横梁为例,采用基于有限元分析结果的疲劳分析法,考虑冲压成形因素的影响,进行了车身结构的动态应力计算、疲劳寿命预测和改进设计.结果表明,所预测的疲劳性能与整车道路试验结果吻合.     

基于Ncode疲劳分析的路试车PTC支架开裂问题研究

为了解决路试车辆前机舱内PTC模块安装支架在路试中发生断裂的问题,对PTC支架进行了相关分析与研究。基于Nastran对PTC支架进行了5种行驶工况下的强度分析;基于Nastran对PTC支架进行了模态分析;基于Ncode对PTC支架进行了振动疲劳分析;PTC支架的强度、模态与疲劳分析结果表明,引起该支架开裂的原因为Y向支撑不足导致的疲劳损伤开裂,基于此原因对结构进行优化并验算;对优化后的支架进行试验验证。     

轿车后桥疲劳寿命的数字化预测研究

以某轿车后桥为例,介绍了疲劳寿命计算的理论基础和建立后桥精确有限元模型的方法。分别应用准静态法和随机振动法计算了后桥的疲劳寿命,讨论了频响分析带宽对振动疲劳分析方法的影响以及两种不同疲劳计算方法的区别和应用范围。结果表明,应用有限元仿真和试验相结合的方法可以有效地预测轿车关键零部件的疲劳寿命。     

汽车变速器故障振动特征提取的试验研究

本文结合疲劳寿命试验的过程对东风ＥＱ－１４０汽车变速器故障进行了振动试验研究，利用时域波形分析，频谱分析，细化谱，解调，谐波幅值分析等信号处理方法提取了断齿，轴向窜动，轮齿磨损，滚动轴承疲劳剥落和点蚀等典型故障特征，并进行了分析。     

Shape optimization of rubber isolators in automotive cooling modules for the maximization of vibration isolation and fatigue life

Rubber isolators are mounted between a cooling module and a carrier to isolate the car body from vibration due to the rotation of the cooling fan. The isolators should be durable against fatigue loads originating from fan rotation and road disturbance. Thus, the design of rubber isolators is required to maximize both vibration isolation and fatigue life. In this study, the shapes of the rubber isolators are optimally designed using a process integration and design optimization (PIDO) tool that integrates the various computer-aided engineering (CAE) tools necessary for vibration and fatigue analyses, automates the analysis procedure and optimizes the design solution. In this study, we use CAE models correlated to the experimental results. A regression-based sequential approximate optimizer incorporating Process Integration, Automation and Optimization (PIAnO), a commercial PIDO tool, is employed to handle numerically noisy responses with respect to the variation in design variables. Using the analysis and design procedure established in this study, we successfully obtained the optimal shapes of the rubber isolators in two different cooling modules; these shapes clearly have better vibration isolation capability and fatigue lives than those of the baseline designs used in industry.     

南京长江大桥铁路层车致振动对公路层维修改造的影响分析

南京长江大桥于1968年建成通车，经过近50年的铁路（约400列次·d^-1）、公路（高峰期约10万veh·d^-1）运营，公路正桥桥面系破损严重、屡修屡坏，亟需进行全方位性能提升。其中，列车频繁通过所致高频强扰动带来的结构安全是该维修改造的关键技术难题；通过车-桥耦合振动分析得到南京长江大桥维修改造前、中、后各阶段列车动载作用下的结构响应，从振动分析角度评估其维修改造时的结构动力安全。首先，建立不同改造阶段南京长江大桥精细化有限元模型，并验证其动力模拟的准确性；进而基于车-桥耦合空间振动理论，借助MATLAB与ANSYS平台编制南京长江大桥维修改造车致振动分析程序，同时基于既有文献算例完成其分析准确性验证；最后利用该程序得到公路层不同改造阶段列车驶过铁路层时主梁结构振动位移、加速度与应力时程，并计算关键节点的疲劳损伤与剩余寿命。研究结果表明：南京长江大桥改造中，列车过桥结构动载响应与改造前后振动响应规律相同，但改造后其位移量降低，新安装正交异性钢桥面板的轻质高强特性会改善全桥动力行为；旧桥面系拆除与新桥面系安装过程中，列车通行并不会影响其维修改造的结构安全；改造后其动载下疲劳损伤值不大，理论剩余寿命很长，均远超其服役年限。     

利用计算机仿真技术预测车身零件疲劳寿命

为缩短新车开发周期、节约样本制造费用，本文提出了一种在计算机仿真环境中预测车身零件疲劳寿命的新方法。以某轻型客车为例，首先建立了该车的整体有限元模型。然后将采自试车场的典型路面谱作用于轮胎与路面 的接触点进行随机激励。不仅首次在计算机上模拟了汽车随机振动过程，而且得到了关键部位的加速度和动态应力响应及其相应的功率谱密度。最后，应用随机振动和疲劳累积损伤理论对仿真结果进行后处理，估算出该车在一定速度下连续行驶的疲劳寿命。其分析结果显示的危险部位与道路试验基本一致。     

基于不同搅拌方式下的水泥稳定碎石力学性能及细观结构研究

搅拌工艺对水泥稳定碎石的力学性能有较大影响。为了分析振动和非振动搅拌技术对水泥混凝土的力学性能和细观结构的影响,文章采用不同的搅拌工艺制备试样进行研究。采用CT试验分析了水泥砂浆在粗集料表面的分布情况;通过开展不同应力状态下的强度、模量和疲劳试验来揭示搅拌技术的影响;分别建立了强度随加载速率和模量随应力水平的变化规律,采用与加载速率相关的应力比修正的S-N疲劳方程来表征其疲劳性能。研究结果表明,振动搅拌技术制备的水泥稳定碎石试件的砂浆在骨料中分布更加均匀,密实型更高;在相同的试验条件下,振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件的强度、模量和疲劳寿命均高于非振动搅拌成型的试件;振动搅拌制备的试件的强度和模量随加载速率的增长速率更高;与非振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件相比,振动搅拌制备试件的疲劳寿命应力敏感性更加稳定。     

基于能量法的组合梁桥拥堵车辆怠速振动所致疲劳损伤评估

针对拥堵车辆怠速振动造成的城市桥梁疲劳失效风险，利用ABAQUS建立车辆拥堵荷载作用下的车-桥耦合有限元模型，通过动力响应分析和应力循环计数，采用能量法以总应变能密度为损伤参量，计算4种拥堵工况下城市组合梁桥钢箱构造细节的疲劳累积损伤，并通过与规范标准疲劳车畅通运行状态时的损伤对比，综合评估车辆拥堵对城市组合箱梁桥疲劳性能的影响。结果表明：城市组合梁桥在车辆拥堵荷载作用下弹性应变能在总应变能密度值中占主导地位，其疲劳行为是典型的高周疲劳，疲劳损伤主要来自于怠速振动初始的3~5个高应力幅循环；钢箱底板-腹板焊缝构造细节的疲劳累积损伤为母材的2~5倍，焊缝是疲劳性能较薄弱的部位；当典型拥堵车流只包含小汽车及公交车时，拥堵状态下的疲劳损伤可偏于安全地采用1辆标准疲劳车怠速振动进行评估，但在某些未限制货车通行路段，车辆拥堵造成的疲劳损伤显著增大；由于发动机怠速振动动力效应致使等效应力幅增大65%，1辆标准疲劳车1次拥堵作用下的疲劳损伤是畅通状态下疲劳车单次过桥产生损伤的14.7倍，构造细节疲劳破坏风险增大；考虑车辆拥堵影响后疲劳累积总损伤增大，疲劳损伤受拥堵工况、交通量及拥堵时长影响，日均拥堵4 h情况下，考虑拥堵后的疲劳损伤可达不考虑时的3.5倍。该文可为类似桥梁疲劳评估提供借鉴参考，为保障既有城市钢桥的安全运营提供一定的基础理论支撑。