基于模态应力恢复的汽车零部件虚拟疲劳试验方法

基于有限元模态分析、柔性多体动力学求解和疲劳寿命预测的相关理论,通过模态应力恢复得到了汽车零部件疲劳载荷历程,并将其应用于虚拟疲劳试验,解决了汽车设计过程中无法快速、准确预知零部件疲劳寿命的难题。该试验方法应用于某车双横臂独立前悬中的下横臂,在较短的时间内获得了该零件的预测疲劳寿命、寿命安全系数及危险部位等信息。结果表明该虚拟疲劳试验方法可作为汽车设计过程中的有效试验手段。     

Fatigue life reliability prediction of a stub axle using Monte Carlo simulation

A stub axle is a part of a vehicle constant-velocity system that transfers engine power from the transaxle to the wheels. The stub axle is subjected to fatigue failures due to cyclic loads arising from various driving conditions. The aim of this paper was to introduce a probabilistic framework for fatigue life reliability analysis that addresses uncertainties that appear in the mechanical properties. Service loads in terms of response-time history signal of a Belgian pave were replicated on a multi-axial spindle-coupled road simulator. The stress-life method was used to estimate the fatigue life of the component. A fatigue life probabilistic model of a stub axle was developed using Monte Carlo simulation where the stress range intercept and slope of the fatigue life curve were selected as random variables. Applying the goodness-of-fit analysis, lognormal was found to be the most suitable distribution for the fatigue life estimates. The fatigue life of the stub axle was found to have the highest reliability between 8000–9000 cycles. Because of uncertainties associated with the size effect and machining and manufacturing conditions, the method described in this paper can be effectively applied to determine the probability of failure for mass-produced parts.     

Durability prediction for automobile aluminum front subframe using nonlinear models in virtual test simulations

This research work presents fatigue life evaluation techniques for an automotive vehicle aluminum front subframe using virtual test simulation technology with nonlinear suspension components model. The technology was used for improving the accuracy of the polynomial model used in conventional analysis. The proposed nonlinear suspension components models were developed using direct approach. The effects of the nonlinear elements on the prediction of the fatigue life were also analyzed. Actual aluminum front subframe was tested using half-car road test simulator to verify the accuracy of the models. It was found that the proposed nonlinear models yield more accurate results than conventional polynomial models. The proposed virtual test simulation technology with nonlinear suspension components model can be used to predict fatigue life for vehicle chassis structures more accurately.     

汽车结构中焊缝疲劳寿命预估

介绍了焊缝疲劳寿命估算的有效方法——VOLVO方法的步骤及原理。采用该方法可计算出真实运行工况下结构焊缝的疲劳损伤和寿命情况。针对某商用车后桥壳上的焊缝连接,利用VOLVO方法进行了焊缝寿命预估,得到了整个焊缝的损伤和寿命分布,通过与台架试验中桥壳失效部位的对比表明,预估结果与试验结果一致。     

变速器换挡拨叉疲劳寿命分析

零部件的疲劳破坏是其失效的主要模式之一,在新产品设计初期利用有限元方法对其疲劳寿命进行预测能够有效预防疲劳破坏的发生。建立某变速器换挡拨叉组件的有限元模型,采用有限元分析软件Abaqus对其进行强度分析,获得换挡拨叉组件的应力分布情况。将Adams中获得的换挡力和换挡拨叉组件的强度分析结果输入Fe-safe软件中,进行疲劳寿命计算,获得换挡拨叉组件的疲劳寿命为1 902 567次,疲劳破坏发生在58820号单元的第4个节点,该方法为结构设计工作提供指导。     

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。     

Fatigue life prediction of a rubber material based on dynamic crack growth considering shear effect

This paper suggests a fatigue life calculation method (A fatigue life calculation method is suggested) for rubber components based on the dynamic crack growth considering shear effect. Dynamic tearing tests were carried out, and the crack length was measured using an optical microscope to calculate the dynamic crack growth rate which characterizes and determines the fatigue life. The algorithm was numerically implemented in finite element code, ABAQUS standard, by using the user subroutine and applied to several rubber components. In the finite element analysis, deformation mode of an element was classified into tension and shear, and a weighting factor was multiplied to a strain energy density according to the degree of shear strain. Tension and compression of an elliptic dumbbell specimen was simulated in order to verify the material parameters of the suggested fatigue life prediction equation and to enhance the reliability of the algorithm. Finally, the fatigue life of a vehicle suspension bushing was calculated and compared with test. There were good agreements in the failure location and the magnitude of the fatigue life.     

公路车辆对道路破坏性研究的系统化方法

为研究公路车辆对道路的破坏性,采用功能化虚拟样机(Functional Virtual Prototype)技术,基于多体系统动力学理论建立车辆系统的功能化虚拟样机,通过仿真得到车辆对道路的动态作用力;采用有限元方法(FEM)进行道路响应的研究,继而进行道路的疲劳断裂分析。最后形成一套完整的公路车辆对道路破坏性研究的系统化方法,并用于研究车辆设计、使用参数对道路破坏性影响的变化规律,提出了有关车辆设计与使用方面的有益建议。     

基于应力测试对某车型耐久后钣金开裂问题的分析与研究

应力测试是汽车行业常用的疲劳寿命分析手法,当车身零件发生焊点开裂等疲劳破坏问题时,在应力集中位置贴伏应变片,然后在特定的恶路进行应力测试,采集应力数据,结合材料的疲劳限度及S-N曲线,通过分析应力数据能判断出是否存在疲劳破坏的风险,从而协助分析车身零件疲劳开裂的原因,并结合CAE分析提出相应对策。此外,实施对策后,以相同工况再次进行应力测试,通过分析疲劳开裂对策后状态测量所得的应力数据,可快速判断其对策的有效性,从而提高对策成功率,确保新车型按时投产。     

扭力梁悬架一体化疲劳寿命方法研究

针对某车型扭力梁后悬架出现疲劳断裂的问题,提出了试验方法与计算机辅助工程（ CAE）方法相结合的一体化疲劳分析方法,即利用汽车试验场耐久性试验、MSC PATRAN、MSC NASTRAN、MSC ADAMS分析软件和人工神经网络算法,有效解决疲劳寿命分析中的三个关键问题：快速准确的有限元模型的建立、疲劳应变的计算、疲劳寿命预测。以扭力梁后悬架疲劳寿命分析为例,对比试验测试结果与仿真分析结果表明该一体化疲劳寿命分析方法能在汽车设计开发阶段准确预测汽车零件疲劳寿命。     

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。     

摩托车车架系统疲劳强度分析及寿命预估

对疲劳强度理论进行分析,结合摩托车车架系统的疲劳类型为机械高周变幅疲劳的特点,提出采用安全寿命设计方法分析摩托车车架系统疲劳问题的研究思路。建立了与疲劳试验机试验工况相对应的摩托车车架系统有限元分析模型,对摩托车车架系统疲劳强度进行了计算,在此基础上对该车架系统的疲劳寿命进行了预估,车架疲劳试验机上试验结果验证了理论分析的正确性,为车架疲劳强度分析及寿命预估提供了理论依据。     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

专用汽车车架总成的焊接维修技术应用

针对专用汽车车架总成局部的疲劳裂纹、磨损松旷的问题,进行焊接维修,消除了车架总成使用过程中产生的缺陷问题,延长了专用汽车的使用寿命。     

绳轮式玻璃升降器耐久试验分析与研究

文章通过对比国内外汽车行业台架耐久试验方法,从台架耐久失效模式与实车失效模式结合用户具体实际情况,阐述了在提高玻璃升降器全生命周期以及用户主观感受方面,零部件级验证、系统级台架验证、整车级耐久验证都是车辆开发环节不可或缺的一部分。     

Curving performance simulation of an EMS-type Maglev vehicle

For electromagnetic suspension (EMS) type urban Maglev vehicles using a U-shaped electromagnet, the levitation and guidance forces are generated by only one electromagnet. Although the levitation force is actively controlled by changing the voltage of the electromagnet, the guidance force is passively determined by the levitation force. In addition, the curve negotiation performance of EMS-type urban Maglev vehicles using a U-shaped electromagnet must be considered, because an urban guideway may have some curves with shorter radii. It is, therefore, necessary to predict the curving performance with the greatest accuracy possible, in order to improve electromagnetic suspension and establish guideway design specifications. The objective is to establish a new dynamic modelling technique, so as to achieve more realistic curving simulation and thus to more accurately evaluate the curving performance of an EMS-type Maglev vehicle. The use of a full vehicle multibody dynamic model is proposed, and is applied to the evaluation of curving performance. Design changes are also investigated to obtain the bogie design directions for minimising variation in the lateral air gap, which is a criterion for curving performance.     

基于整车多体动力学分析的悬架构件动应力计算

以AD250铰接式自卸车为应用实例,在建立整车刚柔耦合多体动力学模型的基础上,提出把悬架传力构件作为柔性体置于整车模型中,同时采用模态综合法计算悬架的动应力。指出了AD250铰接式自卸车悬架各构件的应力最大部位及发生时刻并评价了其动强度,为进一步的结构优化和疲劳分析奠定了基础。     

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。     

钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统研究

正交异性钢桥面板作为大跨度桥梁的首选桥面板结构,实时监测并准确识别其重要构造细节的疲劳损伤程度,在此基础上预测剩余疲劳寿命,对于大跨度桥梁的服役期管理维护决策至关重要;但正交异性钢桥面板的疲劳问题具有多尺度、多模式、随机性、隐蔽性等特性,且其对结构静动力响应的影响仅限于疲劳裂纹附近的局部区域,传统的损伤识别方法难以准确识别。结合智能技术的最新发展和正交异性钢桥面板疲劳问题的基本属性,构建了其疲劳损伤智能监测与评估系统,并对其疲劳损伤指标和疲劳损伤智能评估的相关关键问题进行研究。提出了基于等效结构应力的正交异性钢桥面板多尺度疲劳损伤评估方法;建立了考虑随机因素的结构体系实时疲劳损伤评估及剩余寿命预测方法;构建了正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统;基于实际桥梁结构的交通量和结构响应监测信息,对所建立的正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统进行了验证。研究结果表明：在实际交通荷载作用下,顶板与纵肋连接细节的疲劳主导失效模式为焊根部位起裂沿顶板扩展,所提出的疲劳损伤评估方法的评估结果与实际结构一致,表明所提出的方法能够准确确定结构体系的疲劳失效模式;疲劳损伤智能监测与评估系统所确定的实桥疲劳损伤及剩余寿命预测结果与实际桥梁疲劳损伤开裂时间基本一致;所建立的智能监测与评估系统可为正交异性钢桥面板疲劳损伤过程和寿命评估提供理论依据及支撑,并为实桥的运营管理养护决策提供科学依据。     

扭杆的可靠性优化设计

优化与可靠性技术在机械工程中的应用已深入到结构设计，强度与寿命分析，选材和失效分析等各个领域中，讨论了扭杆的秘优化设计问题，在基本随机变量的概率特性已知的情况下，应用随机摄动法和约束随机方向法对扭杆进行可靠性优化设计，通过计算机程序可以直接实现扭杆可靠性优化设计，迅速准确地得到扭杆的可靠性优化设计信息。