基于位移反求加载法的高精度皮卡车架疲劳开发与验证

车架是皮卡的重要总成,由于承受各种载荷冲击,所以容易产生开裂问题影响使用寿命。皮卡车架的疲劳预测选择了精度较高的基于位移反求加载法,结合试验场采集载荷谱数据与皮卡整车多体动力学模型,以相关性较高的整车内部响应信号(悬架位移信号、整车轴头Z向加速度信号、转向拉杆力标定信号)为目标信号,迭代反求整车等效位移激励信号,进而分解获取车架边界载荷谱,最后基于Miner线性累积损伤理论对皮卡车架进行疲劳分析、对标及优化,优化后的实车通过台架试验验证。     

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。     

基于实测载荷谱的副车架疲劳寿命估算方法

为准确预测某副车架疲劳寿命,对其进行三维建模与有限元分析,获得其结构应力分布,并确定副车架的疲劳损伤热点;试验场条件下测取副车架的应变载荷,通过频谱分析与低通滤波等计算副车架结构各测点的最大主应力,利用雨流计数法编制副车架载荷谱;利用局部应力应变法与Miner准则进行应力集中修正,完成副车架的疲劳寿命预估。估算得出该副车架试验场预期寿命为9 120 h。     

汽车钢板弹簧台架试验与疲劳分析

基于损伤等效原则,用台架试验方法分析和预测钢板弹簧在试验场的疲劳寿命。首先通过台架试验建立钢板弹簧的应力寿命S-N曲线,在试验场载荷谱数据采集的基础上,分析钢板弹簧台架试验次数与整车试验里程之间的当量关系,预测钢板弹簧是否满足整车使用条件,并在试验场进行整车道路试验验证。试验结果表明采用零部件S-N曲线和载荷谱结合方法,能够通过台架试验较准确预测钢板弹簧在试验场的使用寿命。     

基于虚拟试验场的扭矩对疲劳耐久仿真的影响

目前虚拟试验场（VPG）因开发周期短、成本低而得到广泛运用,但由于多体仿真模型与实际模型存在一定的差异,提取的硬点扭矩精度无法得到保证,故基于虚拟试验场的疲劳耐久分析可靠性存在疑义。论文以后副车架和车身为研究对象,基于虚拟试验场路面提取后副车架和车身的硬点载荷谱;分别以有扭矩和无扭矩载荷谱进行疲劳耐久仿真分析;对比疲劳耐久仿真分析的结果。对比结果显示,有扭矩和无扭矩疲劳耐久仿真分析的损伤值比值介于0.54～0.99。总体而言,基于虚拟试验场的扭矩对疲劳耐久仿真的影响较小;在扭矩精度无法保证的情况下,不影响疲劳耐久仿真分析的整体结果,从而也证明了基于虚拟试验场的疲劳耐久仿真分析的可靠性。     

基于多体动力学的车辆悬架控制臂载荷谱混合分布外推研究

试验场强化路载荷谱外推全寿命载荷谱是汽车构件疲劳耐久性能评判准确性的关键因素，针对参数法外推单分布估计的局限性，引入混合分布估计描述载荷谱多峰或复杂分布的综合特征。基于试验场强化路实车测试，应用多体动力学与有限元联合仿真，提取控制臂危险点应力谱；分别应用单分布和混合分布法解算应力谱拟合优度，以此为据选取应力谱最优均值、幅值概率密度并将应力谱循环外推至10⁶次，应用FKM平均应力修正法编制8级应力谱，依据Miner准则分别从载荷幅值分布、损伤分布以及总损伤量等方面对单分布与混合分布外推应力谱进行综合分析。研究结果表明：应用拟合优度能较好评估两分布对应力谱均、幅值拟合程度，混合分布拟合效果优于单分布，拟合优度均为98%，对应力谱分布特征描述更为精确，可为外推提供较真实的载荷分布概率密度，从而提高外推载荷谱精度；比较应用2种分布拟合的外推载荷谱，损伤分布趋势相近，中级载荷损伤占比高，单分布外推载荷谱总损伤量为6.3×10^-4，大于混合分布外推载荷谱总损伤为5×10^-4，寿命预测偏于保守，导致耐久性设计裕度较大，应用混合分布外推能提高耐久性评估与轻量化设计精度。     

SF33900型矿用自卸车车架疲劳寿命分析

为预测SF33900型电动轮矿用自卸车车架及其焊缝的疲劳寿命,以壳单元建立车架的有限元模型.应用Hypemesh软件得到车架动载荷下的应力分布,通过与实验数据的对比,验证了模型的正确性,并据此建立整车多体动力学模型.根据自卸车行驶的实际路况,采用C级路面谱作为输入,得到车架动态外载荷的时间历程,同时根据车架材料的S-N曲线,利用Msc.Fatigue软件得到了车架的疲劳寿命,然后进一步利用SEAM_weld方法得到可靠的焊缝疲劳寿命,从而为车架的可靠性设计和结构优化提供了参考依据.     

轮胎尺寸对汽车结构疲劳累积损伤影响研究

基于结构耐久试验工况,通过六分力设备与底盘杆系所采集的整车道路载荷谱,应用动力学载荷分解方法获得虚拟随机载荷谱,对车身结构进行应力分析和疲劳累积损伤计算。在底盘关键位置布置传感器,同时在车身结构中CAE疲劳分析所对应的5个高应力区粘贴应变片,先后采用3套不同尺寸参数(包括胎高和胎面宽度)的轮胎以相同的耐久工况(同一个试验场,试验路面及对应的速度相同)来进行实车载荷对比测试。针对车身结构载荷幅值、频域进行分析,并基于雨流循环计数对车身和底盘件进行疲劳累积损伤计算与分析。整车实际测试的结果表明,CAE所预测到的损伤(裂纹)位置及其里程数与路试结果相吻合;在同样使用条件下,轮胎内径越大,车身结构和汽车底盘的寿命越低,已经可进行量化对比。     

关联用户的汽车试验场耐久性评价路况循环确定方法研究

针对当前关联用户的试验场整车耐久性试验路况循环次数难以确定的问题,提出了基于遗传算法的多目标优化方法。以采集的用户道路载荷数据为基础,外推得到整车全寿命周期不同部位损伤目标,结合试验场各个特征路况的基础损伤矩阵,建立了"试验场-用户"损伤等效关联模型,利用传统最小二乘法和遗传算法对损伤等效模型求解,并针对遗传算法的多组非劣解提出优选准则。通过试验场损伤与用户目标损伤比,分析了两者对模拟实际用户使用情况的有效性。结果表明基于遗传算法可以更为合理地确定各路况的循环次数,更好地复现不同部位的损伤水平,而最小二乘法得到的试验场路况循环损伤总体偏小,仅能在少数部位复现用户损伤。研究成果为更合理地制定试验场耐久性评价规范、有效评价整车可靠性与耐久性提供参考和依据。     

基于模糊理论的矿用自卸车车架疲劳寿命估算

鉴于低于但接近疲劳极限的应力,对构件是否产生损伤而影响其疲劳寿命这个问题存在一定的模糊性,针对某矿用自卸车车架,把模糊理论中的隶属函数引入其疲劳寿命估算,提出了模糊Miner方法。构建了车架有限元模型和整车刚柔耦合模型,分别通过车架应力试验和实车满载道路试验,验证了模型的正确性。根据矿山实际工况比例,由动力学分析得到各工况下车架的载荷谱,并根据材料疲劳寿命试验获得的S-N曲线和车架单位载荷应力分析,获取关键节点应力时间历程,对应力水平进行分级统计。经计算对比,采用模糊Miner方法比采用传统Miner方法估算的寿命更贴近实际情况。     

基于Virtual.Lab软件的非承载式车身道路载荷谱预测方法研究

道路谱的动态载荷是分析底盘件及车身连接点疲劳的关键输入，采集试验场路谱信号，利用Virtual. Lab创建带有整体式车架的整车刚柔耦合多体模型，通过时域波型复现技术（TWR) 虚拟迭代的方式得到轴头位移驱动信号，进而分解获得悬架接附点载荷谱，并在数据处理软件Tecware中对比载荷预测的结果，从而为车架的疲劳分析提供载荷输入。     

与典型用户数据相关的乘用车传动系台架可靠性试验载荷谱制定研究

为制定某乘用车传动系总成台架可靠性试验的输入载荷谱,在用户实际使用的典型工况下,利用非接触式转矩遥测仪测量试验目标车辆左右半轴转矩、转速和发动机转速、车速等与传动系相关的数据。应用TecWare软件的Process Builder模块建立挡位分割批处理模型,将用户数据处理成目标旋转雨流计数循环矩阵,同时剔除对疲劳寿命影响较小的小幅值循环载荷。结合实际用户调查获得的路面比例与车辆载重数据,根据疲劳累积损伤的威布尔分布方程和传动系损伤计算模型,计算累积失效概率为90%的用户总累积损伤并对其概率分布函数进行K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验。考虑台架试验输入的载荷谱格式,基于疲劳损伤等效原理将用户数据压缩成台架可靠性试验可识别的块状载荷谱,实现传动系总成台架试验与用户使用寿命的统一。以传动系台架试验代替整车道路试验,有效降低试验成本、缩短试验周期。     

实测载荷谱预处理及雨流统计分析

针对某卡车驾驶室易开裂点的在试验场采集的应变载荷谱,进行了分段、消除趋势项、剔除毛刺、平稳性检验、频域分析等预处理,以提高路谱可靠性。基于雨流统计法计算雨流矩阵,结合E-N曲线计算开裂点各雨流循环的损伤以及各路段的损伤。在此基础上,利用疲劳损伤等效原理对载荷谱进行压缩处理,为虚拟分析及室内道路试验载荷谱编制奠定基础。     

基于虚拟试验场的牵引车动态载荷研究

基于Adams软件的虚拟试验场动态载荷分解技术在乘用车耐久性能开发领域广泛应用。对于重卡车型,由于车辆模型复杂、参数有限且测试难度大,虚拟试验场技术的应用推广受到限制。搭建某牵引车整车多体动力学模型及虚拟试验场仿真环境,同时采集试验场工况下的实车载荷谱数据并与虚拟试验场动力学仿真分析提取的动态载荷进行对比。使用相对伪损伤比值、频谱分析等评估比利时、扭曲路、搓板路等典型路面工况下仿真与实测载荷谱数据的差异。结果表明：基于虚拟试验场的动态载荷提取技术可应用于牵引车车型且可实现较高的精度,是一种获取试验场耐久工况载荷谱的有效方法。     

半挂车车架多轴疲劳寿命研究

根据半挂车车架结构特点,建立了半挂车车架的有限元模型及多体动力学模型,对车架进行了静力学分析和以H级路面的路面载荷作为边界条件的动力学分析,得到了车架静态应力分布和载荷谱。并以此数据为依据,采用Wang-Brown多轴疲劳损伤模型预测了半挂车车架的多轴疲劳寿命,针对其疲劳薄弱部分提出了结构和工艺优化方案。优化后的车架满足使用寿命要求,且比原设计减重20%。     

JS1型翻斗车车架载荷谱的测定及其应用

车架是翻斗车的主要另件之一,车架受力后的静应力状态我们可以利用有限无法编出程序在计算机上较精确地求出。但是车架在实际工作中的载荷是随机的疲劳载荷,其主要受力部位,例如马鞍座附近也是由于疲劳损伤而引起裂纹的产生和扩展。所以了解车架的疲劳载荷和计算车架的疲劳寿命是我们设计人员较感兴趣的课题之一。85年我们对 JSI 型翻斗车车架的动应力状态进行了测定,根据测定结果编制了车架工作载荷(应力)谱,鉴于目前厂内试验设备所限,所以仅利用该载荷谱和曼纳理论对车架的疲劳寿命进行较粗估算,为车架的结构改进提供依据。一、实际工作载荷的测定     

集装箱对伸缩式半挂车车架疲劳寿命影响研究

建立了伸缩式车架与相应的集装箱有限元模型,并采用惯性释放法对其进行了静态分析。在ADAMS/Car中建立了该半挂车的刚柔耦合多体动力学模型,得到了其在B级路面的载荷谱。结合材料的S-N曲线、结构单位载荷应力结果和车架载荷谱对有无考虑集装箱刚度状态下的伸缩式车架进行了疲劳寿命分析。结果表明,考虑集装箱刚度的车架仿真更符合实际;由于伸缩前、后车架载荷分配的差异,导致拉伸后车架的疲劳寿命远大于缩短时车架疲劳寿命。     

考虑低载荷强化效应的汽车转向节疲劳分析

本文中基于试验场强化道路实车测试,结合零部件有限元动力学仿真和疲劳耐久性能仿真,探求考虑小载荷强化效应与Miner准则两种疲劳分析方法对汽车零部件疲劳寿命预测的差异性。通过室内实车振动测试与有限元仿真联合分析,确定前转向节疲劳损伤危险点(即路试应变监测点);提取试验场强化道路实测应变监测点应变时间历程,经过预处理、时域加速、雨流矩阵外推和载荷谱分级得到10级等效应力谱。结合低载荷强化理论和线性累积损伤理论对10级等效应力谱的疲劳效应和损伤效应进行分析,相对于传统Miner准则而言,考虑了小载荷强化效应使构件在加载过程中疲劳极限呈现上升规律,进而需要修正构件S-N曲线(简化),较初始S-N曲线向上偏移,基于修正后构件S-N曲线并应用线性疲劳损伤累积理论预估的转向节疲劳寿命较Miner准则提高了40.6%。此种方法考虑了材料强化行为的影响,一定程度上弥补了Miner理论未考虑各级载荷间相互影响和材料硬化瞬态行为影响的缺陷,对实际零部件疲劳寿命估计与轻量化设计提供新的参考。     

汽车试验场载荷谱等效分析技术

为将A试验场已知路试规范等效地转移到B 试验场，利用某sUV 车型的A 和B 试验场载荷谱，进行分类和等 效分析。针对模拟山路和高环工况，由于两试验场的路面构造一致，所以在B 试验场中直接沿用A 试验场规范；针对强化坏路工况，选择55 个等效通道，基于伪损伤一致原则进行等效分析，并制定B 试验场路试规范。在确保伪损伤一致性的情况下，部件真实损伤也一致，先将目标随机载荷进行雨流计数，得到幅值与频次在双对数坐标系下的关系曲线，定义计算伪损伤的S-N 曲线斜率为经过该曲线高幅值区域内最多点直线的斜率，同时S-N 曲线截距是该曲线中最大幅值 的10 倍。最终通过对等效通道的伪损伤，以及雨流统计频次曲线和穿级计数曲线的对比，验证了等效分析的有效性。     

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.