基于疲劳寿命及减振效果的驾驶室橡胶衬套设计研究

采用ADAMS软件建立驾驶室及其悬置的多体动力学模型,利用该模型对驾驶室悬置橡胶衬套的刚度进行匹配设计,解决了驾驶室前悬橡胶衬套的轴向受力问题。同时,采用FEA分析方法对衬套进行结构优化。通过对比优化前、后的橡胶衬套对驾驶室悬置系统减振效果及衬套的疲劳寿命,验证了新结构衬套的优异性。     

汽车悬架系统中铰接点载荷的计算方法

考虑衬套6个自由度的非线性刚度,建立了汽车悬架系统中各铰接点(球铰和衬套)载荷的计算模型。基于悬架控制臂和转向节臂等力-位移静平衡方程,给出了悬架系统各铰接点力的计算公式。以某一汽车的双横臂悬架系统为例,分别利用未考虑控制臂衬套、仅考虑控制臂衬套的线刚度和同时考虑衬套线刚度和扭转刚度(6自由度的非线性刚度)的3种模型,计算了在汽车典型和极限载荷工况下悬架系统各铰接点的受力。计算结果表明,在极限载荷工况下,考虑衬套6个自由度非线性刚度的模型能更准确地计算出各铰接点的力;计算得到的载荷可用作悬架系统各元件强度计算、刚度计算和疲劳试验的载荷输入。     

重卡推力杆载荷分析及结构优化

以某6×4自卸车后悬架上推力杆故障问题为研究对象,建立上推力杆的三维模型和有限元模型,分别通过道路载荷谱采集数据和ADAMS软件虚拟样机多体动力学仿真获取推力杆极限载荷,进行推力杆刚度与受力分析,根据选定的推力杆极限载荷,利用Hyperworks软件对优化前后推力杆进行有限元分析,并通过台架模拟试验,分析结果表明,推力杆球铰刚度对于推力杆的受力影响较小,改进后的推力杆平均寿命达到35万次以上,大于设计标准,满足车辆使用工况需求。     

空气悬架推力杆支架的拓扑优化设计

基于极限状态的静态载荷,利用拓扑优化技术对某牵引车空气悬架的下推力杆支架进行了结构优化设计,在保证结构刚度和强度的基础上,达到了结构轻量化的目标;同时运用多体动力学方法:,提取了轴端随机载荷条件下该件连接部位的动态载荷,并分析了该件在该载荷条件下的疲劳损伤情况。结果:表明,优化方案较原始方案在刚度、静强度和疲劳寿命方面均有明显改善。     

空气悬架用推力杆球铰结构与特点

主要介绍空气悬架用推力杆球铰的类型,重点介绍应用最广的轴向压缩和径向压缩球铰的结构和性能特点及其生产工艺和选型。     

柴油机气缸盖结构参数多目标优化

为降低柴油机气缸盖易发生疲劳失效部位的应力水平,提高疲劳寿命,基于有限元分析,采用正交设计方法,选取缸盖3个危险部位的等效应力作为优化目标,研究缸盖结构参数对优化目标的影响,并进行参数的灵敏度分析和筛选。构建了目标值与结构参数的二次响应面回归方程。采用遗传算法进行多目标优化,得到最优的结构参数组合方案。     

基于疲劳试验的车轮拓扑优化和多目标优化

基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对16×61/2J型车轮的轮辐进行了联合拓扑优化,设计了一个带有镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立其弯曲疲劳试验和径向疲劳试验的有限元模型,计算其强度、刚度、疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数,并分析了这些性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成各性能指标的计算软件建立了车轮多目标优化模型,利用哈默斯雷和最优拉丁超立方试验设计分别提取了72和10个样本点,拟合了Kriging近似模型并检验了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量最小、弯曲疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数最大为目标,应力、位移和柔度为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化,得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮各项性能,选取了一个妥协解作为优化结果,并对优化前后车轮综合性能进行了对比。结果表明,在满足车轮各项性能要求的条件下,优化得到组装式车轮的质量比同型铸造铝合金车轮减小了29.42%。     

汽车推力杆橡胶铰接头的设计

一、橡胶铰接头的构造和特点目前我国生产的6×6越野汽车的后悬架推力杆大都采用球头球碗结构,这种结构由于推力杆沿轴向承受很大的推力或拉力,使球头球碗部分受很大的径向力;由于推力杆在汽车纵向平而内的摆动,使球头销与球碗产生同轴扭转;由于在汽车纵向平面内车桥相对车架倾斜,使球头销相对球碗绕推力杆轴线摆动,称为斜摆。     

随机振动条件下的橡胶衬套疲劳寿命预测

本文通过试验与有限元仿真相结合的方法,以等效最大主应变作为疲劳损伤参量建立了橡胶材料的疲劳寿命预测模型,采用Van Der Waals本构方程模拟橡胶材料的力学性能,在准确拟合橡胶衬套刚度特性的基础上,对其在实际道路随机振动条件下的寿命进行了预测。试验结果表明,该方法能够准确地预测出橡胶衬套在多轴载荷作用下的疲劳寿命。     

轻量化铝合金推力杆结构设计及其性能研究

根据某车型推力杆的性能要求,设计了1种新型杆身-球头一体式轻量化铝合金推力杆。试验结果表明,该铝合金推力杆的球铰压入/压出力满足要求,可以承受200 kN的极限载荷,在±60 kN载荷下,疲劳寿命可达100万次。在完成客户路试后,推力杆未发生失效现象。相比于原来的全钢结构推力杆,在保证性能满足使用要求的前提条件下,该铝合金推力杆整体质量降低达27%。     

基于疲劳寿命的驱动桥壳可靠性与轻量化设计

为提高驱动桥壳的轻量化水平和道路行驶疲劳可靠性,对驱动桥壳进行6-Sigma稳健性多目标轻量化设计。首先,建立驱动桥壳的虚拟台架仿真模型,并进行垂直弯曲刚性和垂直弯曲静强度的仿真分析,将仿真得到的桥壳本体各测点变形量和关键受力点应力值与试验结果进行对比,以验证桥壳虚拟台架仿真模型的可信性。其次,建立驱动桥壳的最大垂向力仿真模型,结合耐久性强化路面下驱动桥壳板簧座处的垂向载荷谱,基于名义应力法,对驱动桥壳进行了道路行驶工况下的疲劳寿命分析。然后,选取驱动桥壳本体各截面壁厚为设计变量,基于熵权法和TOPSIS（Technique for Ordering Preferences by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS）方法研究各壁厚变量对桥壳综合性能的影响。结合RBF（Radial Basis Function,RBF）近似模型和NSGA-Ⅱ算法（Elitist Non-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ）对驱动桥壳进行基于疲劳寿命的多目标确定性轻量化设计,获取Pareto最优解集,选取桥壳的优化方案。最后,基于蒙特卡罗模拟抽样方法和微存档遗传算法（AMGA）对驱动桥壳进行了多目标6-Sigma稳健性轻量化设计,得到桥壳稳健性优化方案。研究结果表明：稳健性优化后,驱动桥壳本体的疲劳寿命降低了12.3%,但和初始结构的疲劳寿命相比,仍提升了117%;桥壳本体疲劳寿命正态分布的标准方差下降了72.1%,说明桥壳本体的疲劳可靠性得到了大幅提升;桥壳本体的质量升高了1.8%,但和优化前的桥壳原结构相比,仍实现减重5.9%。     

登高平台消防车曲臂连杆的铰点优化及强度分析

连杆机构铰点位置与连杆的力学性能有着直接关联。对登高平台消防车的曲臂变幅常见四连杆机构的铰点布置进行了力学分析,建立了数学模型,以油缸的最小推力为目标函数,详细分析了各种铰点布置的约束条件,并编制了相应的铰点优化计算程序,应用遗传算法进行求解。优化结果表明:最优化设计可使油缸最大推力减小15.6%。同时,利用应力试验和ANSYS有限元软件进行强度校核与分析,分析结果表明:经过铰点优化后的连杆机构各铰点处的应力均有所降低。该优化方案可使臂架变幅连杆机构铰点布置最合理且力学性能得到提升,具有较大的工程实际应用价值。     

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.     

镁铝合金车轮胶栓复合连接稳健性优化设计

提出了车轮胶栓复合连接的多目标确定性与稳健性优化设计方法。首先,建立镁铝合金组装式车轮螺栓连接有限元模型,对其进行弯曲疲劳寿命仿真,对比疲劳试验结果,验证了车轮仿真模型的准确性。随后,建立结构胶弹塑性本构模型,通过试验得到其应力应变曲线和剪切强度。最后,选取胶层厚度与种类、螺栓预紧力和螺栓孔直径为设计变量,建立车轮栓胶复合连接参数化仿真模型,以车轮连接螺栓疲劳寿命、结构胶最大拉伸和最大剪切应力为优化目标,借助ISIGHT优化平台,分别采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和微存档遗传算法(AMGA)对车轮胶栓连接结构进行了多目标确定性和6σ稳健性优化设计。稳健性优化后车轮连接的可靠性得到进一步提升。     

A Feasibility Study on Indirect Identification of Transmission Forces through Rubber Bushing in Vehicle Suspension System by Using Vibration Signals Measured on Links

This paper presents a feasibility study on using the rubber bushing itself as a sensor for the identification of transmission forces in vehicle suspension systems. The method starts from the idea that the transmission forces can be related to the deformation of the rubber bushing by an appropriate model and the deformation of the rubber bushing can be obtained by estimation of the relative vibration across the bushing. Simple theories are presented to deal with modeling of a given geometry of rubber bushing by a concentric spring and damper, correlating of measurements of the vibration on the links to the stiffness and damping parameters, and selection of the vibration measurement positions. Importance of the measurement position selection in relation to the measurement noise is illustrated by simulation studies. Then, validity of the proposed indirect approach will be shown by applications to a rear suspension system of dual link type.     

基于改进图分解法的多材料车身结构优化设计方法

针对概念设计阶段的车身结构轻量化设计,提出了一种可实现车身多材料结构设计的分层迭代优化方法。该优化方法的设计变量中,除常见的板厚、材料外,还包括装配设计中的拓扑连接,以实现“将合适的材料用在合适的部位”的要求。分层迭代优化的第1层以拓扑连接为设计变量,采用图分解和NSGA-II对车身装配拓扑结构进行多目标优化,最大化车身弯扭刚度和1阶固有频率;第2层对板厚和材料进行多目标优化,最小化车身质量和材料成本。最终采用基于模糊集合的评分公式选定综合最优解,实现了考虑成本的车身结构轻量化设计。     

A Feasibility Study on Indirect Identification of Transmission Forces through Rubber Bushing in Vehicle Suspension System by Using Vibration Signals Measured on Links

This paper presents a feasibility study on using the rubber bushing itself as a sensor for the identification of transmission forces in vehicle suspension systems. The method starts from the idea that the transmission forces can be related to the deformation of the rubber bushing by an appropriate model and the deformation of the rubber bushing can be obtained by estimation of the relative vibration across the bushing. Simple theories are presented to deal with modeling of a given geometry of rubber bushing by a concentric spring and damper, correlating of measurements of the vibration on the links to the stiffness and damping parameters, and selection of the vibration measurement positions. Importance of the measurement position selection in relation to the measurement noise is illustrated by simulation studies. Then, validity of the proposed indirect approach will be shown by applications to a rear suspension system of dual link type.     

某车型上推力杆结构改进

重型汽车上推力杆在使用过程中杆头发生断裂失效比例较大,经过对售后件分析及安装位置分析建立受力分析模型,进行有限元计算,并根据有限元分析结果进行优化设计。针对优化后推力杆经行拉伸、扭摆、偏转等疲劳试验,及装车路试表明优化后推力杆可满足该车型的使用强度。     

交叉口定周期信号控制多目标优化方法

为了克服以往采用加权组合方法将多目标优化模型转为单目标优化模型进行求解的弊端,以非饱和交叉口为研究对象建立了定周期信号控制参数的多目标优化模型,并以非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA II)为基础建立了直接求解单个交叉口交通信号多目标控制模型的相容优化方法。最后通过实例分析了延误、停车率、排队长度等常用交通信号控制目标的有效性和对控制参数的敏感性。研究结果表明:与单目标优化方法相比,多目标相容优化方法更能减少车辆在交叉口上的停车延误和排队长度;与加权组合方法相比,多目标相容优化方法能获得更优的综合交通效益。