某商用车白车身结构疲劳寿命分析与优化设计
作者：湖南工业李明李源陈斌
摘要：本文基于应力分析结果，采用有效的疲劳寿命预估方法，利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC．Fatigue 对该型商用车白车身进行S-N 全寿命分析，得其疲劳寿命分布与危险点的寿命值。采用结构优化、合理选材等方法，提高白车身结构的疲劳寿命。
关键词：白车身；有限元；静态分析；疲劳寿命分析；优化
前言
在车身结构疲劳领域的国内研究中，1994 年，江苏理工大学陈龙在建立了车辆驾驶室疲劳强度计算的力学和数学模型基础上，提出了车辆驾驶室疲劳强度研究方法[1]。2001 年，清华大学孙凌玉[2]等首次计算机模拟了汽车随机振动过程。2002 年，上海汇众汽车制造有限公司王成龙[3]等应用FATIGUE 软件的分析，结合疲劳台架试验，探讨了疲劳强度理论在汽车产品零部件疲劳寿命计算中的应用，提出了提高零部件疲劳强度的方法。2004 年，同济大学汽车学院靳晓雄[4]等人提到进行零部件疲劳寿命预估，精确的有限元模型和可靠的材料疲劳数据是必需的，另外获得准确的实际运行工况下的道路输入载荷也非常关键。但由于客观条件的限制，国内这方面的研究非常有限，理论分析的多，对局部零部件研究的多，把车身整体作为研究对象的很少。
本文以某型商用车疲劳寿命仿真分析及优化提高为内容，研究中，首先对白车身结构几何进行网格划分；之后使用MSC.Patran/Nastran 对白车身结构进行静态仿真；然后导入MSC.Fatigue 对白车身结构进行疲劳寿命仿真。在分析的基础上采用结构优化设计的方法优化结构、合理选择材料等，提高白车身结构的静态力学性能与动态疲劳寿命。
1 疲劳寿命计算方法
疲劳寿命计算需要载荷的变化历程、结构的几何参数,以及有关的材料性能参数或曲线[4]。
图1为基于有限元分析结果的疲劳寿命分析流程。
图1 基于有限元分析结果的疲劳寿命分析
用有限元方法计算疲劳寿命通常分为两步：第一步是计算应力应变响应。第二步是结合材料性能参数，应用不同的疲劳损伤模型进行寿命计算。疲劳寿命的预测精度既依赖于应力应变响应的正确模拟，也依赖于预测模型的合理使用。
本文以材料或零部件的疲劳寿命曲线为基础，S-N方法用名义应力或局部应力预测实际构件的疲劳寿命，可以选择的应力参数有最大主应力、von-Mises 应力、Tresca 应力等。损伤累积计算可以使用常规的Palmgren-Miner线性法则，能进行Good-man 和Gerber 平均应力修正，也能进行考虑表面加工和表面处理影响的寿命计算。这一方法对于低应力高周疲劳寿命预测比较有效。特别是对于一些复杂的零部件或焊接件，直接使用实测的“零部件S-N”曲线通常能获得合理的寿命估计。
2 白车身有限元模型的建立
驾驶室白车身含有零件数目众多，并且常含有复杂的曲面，用网格准确描述其几何特征的难度较高，复杂的曲面会产生许多网格上的问题，如单元畸变、网格细小、网格失真等诸多问题。对数目繁多、曲面复杂的零部件划分高质量的网格工作量大、难度高。经网格质量检查后，不合格网格数为162 个，网格失效百分比为0.0%，整体上网格的形状较为理想，网格质量较高，为计算结果的准确性提供了一个必要条件。图2 为白车身整车的有限元模型。
图2 白车身整车的有限元模型
除此之外，白车身各个部件之间是通过焊接连接起来的，两部件在焊接处具有完全相同的自由度，为刚性连接，可用一维rigid 单元模拟表示。在整个白车身模型中焊点多达上万个，需利用rigid 面板在焊点位置逐个施加。并且焊点与焊点、焊点与约束之间很容易出现过约束的情况。图3 为焊点图。
图3 为白车身焊点全图
商用车静态典型工况为全扭曲工况模拟白车身两前轮同时着地时，主副驾驶员重力、卧铺人员重力以及车身自重对白车身产生静态弯曲作用的情况。
全扭曲工况模拟白车身两前轮均悬空时，主副驾驶座上相对反向的作用力对白车身产生静态全扭曲作用的情况。此工况下主驾驶座从下至上均布于两个连接座椅的部件上施加了1000N 的力，副驾驶座从上至下均布于两个连接座椅的部件上施加了1000N 的力。全扭曲工况两前轮均悬空，车身前端两个与前轮连接位置均无约束；后端两处约束表示车身与车架的连接，同样限制了X、Y、Z 三个方向的自由度，约束节点位置固定。图4 为车顶向下视图全扭曲工况载荷与约束在空间上的位置关系。经Nastran 分析后，主后杠仍为主要应力部件，最大应力达403MPa，不仅超过材料屈服极限，而且超过了材料抗拉极限。图5
为全扭曲静态分析的应变云图，最大变形为19.13mm。
图4 全扭曲工况载荷与约束空间上位置关系
图5 全扭曲静态分析应变云图
3 白车身有限元模型的疲劳分析
利用上述的加载静态仿真分析的有限元应力结果，设置载荷信息并关联有限元工况，导入MSC.Fatigue 中计算。图6 为全曲工况动态疲劳分析寿命云图，与车架的连接处的疲劳寿命达不到107 次的应力要求，图7 为寿命最差节点列表，可见最差节点在经受7.885E4 次应力循环时便产生疲劳破坏，不符合疲劳寿命的要求。需经过结构优化提高这些节点的疲劳寿命。
图6 全扭曲工况动态疲劳分析寿命云图
图7 全扭曲工况动态疲劳分析最差寿命节点列表
在车身结构优化改进中，通常采用的方法有改变零件的局部形状尺寸、调整局部零部件的位置、增加加强筋或辅助零件、整体采用较厚的钢板或采用拼焊板材料的方法。采用改变零件的局部形状尺寸、调整局部零部件的位置要对原有的零部件进行改动，并有可能影响到全车整体的布局，在制造工艺上，有可能要调整模具，成本高，一般不宜采用；增加加强筋或辅助零件、整体采用较厚的钢板的方法，适用于形状并不十分复杂的零部件。使用拼焊板技术不用改变零部件的位置，根据车身不同部位强度的要求，合理使用一些不同强度的材料，不需要焊接加强筋，减轻车身的质量，减少车身零件的数量，是最优的结构优化方法。由于拼焊板可以一次成形，减少了大量冲压加工的设备和工序，缩减了模具的安装过程，简化车身制造过程。
经全扭曲工况动态疲劳分析后，白车身的最低疲劳寿命次数为10E+5.88，低于10E+7 次，需要进行疲劳寿命的优化。图8 列出了疲劳寿命最差的一些点，显示了疲劳寿命存在问题的区域。该疲劳寿命问题为局部问题，可对疲劳出现局部疲劳寿命问题的部件更换材料。
图8 静态结构优化后疲劳分析寿命云图
更换的材料为MANTEN_MSN，其弹性模型为E=2.034E+5，抗拉极限为σ b=600MPa，更换材料后，最差寿命点的疲劳寿命从原来的10E+5.8751 优化为3310E+7。全扭曲工况的动态疲劳寿命得到了改善。
图9 全扭曲工况疲劳寿命材料优化
4 小结
本论文基于应力分析结果，采用有效的疲劳寿命预估方法，利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC．Fatigue 对该型商用车白车身进行S-N 全寿命分析，得其疲劳寿命分布与危险点的寿命值。采用结构优化、合理选材等方法，提高白车身结构的疲劳寿命。完成了白车身动态疲劳寿命的优化。最终优化后，白车身各工况整车的疲劳寿命均修正至107 次循环以上。
5 参考文献
[1] 陈龙，周孔亢. 车辆驾驶室疲劳强度试验与计算，机械工程学报，1994，30（5）：23-29.
[2] 孙凌玉，吕振华. 利用计算机仿真技术预测车身零件疲劳寿命，汽车工程，2001，23（6）：389-391.
[3] 王成龙，张治. 疲劳分析在汽车零部件设计中应用，上海汽车，2002，8：10-13.
[4] 彭为，靳晓雄. 基于有限元分析的轿车零件疲劳寿命预测，汽车工程，2004，26（4）：507-509.
[5] 高云凯. 汽车车身结构分析. 北京：北京理工大学出版社，2005.
[6] 谭继锦. 汽车结构有限元分析. 北京：清华大学出版社，2009.(end)
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《汽车车身结构与设计》习题与解答 第一章车身概论 1、汽车的三大总成是什么？ 答：底盘、发动机、车身。 2、简述车身在汽车中的重要性。 答：整车生产能力的发展取决与车身的生产能力，汽车的更新换代在很大程度上也决定与车身，我们所看到的汽车概念大多指车身概念，汽车的改型或改装主要依赖于车身。 3、车身有什么特点？ 答：a：汽车车身是运载乘客或货物的活动建筑物，由于其在运动中载人、载物的特殊性，所以汽车车身的设计与制造需要综合运用空气动力、空气调节、结构设计、造型艺术、机械制造、仪器仪表、复合材料、电子电器、防音隔振、装饰装潢、人体工程等不同领域的知识。 b：自1885年德国人卡尔·弗里德里希·本茨研制出世界上第一辆马车式三轮汽车，并成立了世界上第一家汽车制造公司——奔驰汽车公司以来，汽车车身的造型随着时代的推移和科技的进步经历了19世纪末20世纪初的马车车厢形车身；20世纪20、30年代的薄板冲压焊接箱形车身；第二次世界大战后50、60年代冷冲压技术生产的体现流线型、挺拔大方的车身。而到了20世纪70、80年代现代汽车的各种车身造型已初具雏形，新材料、新工艺的使用更使得汽车车身的设计制造得到了飞速发展。 4、简介车身材料。 答：现代汽车车身使用的材料品种很多，除金属（主要是高强度钢板）和轻合金（主要是铝合金）以外，还大量使用各种非金属材料如：塑料、橡胶、玻璃、木材、油漆、纺织品、皮革、复合材料等。随着汽车车身制造技术的发展，为了轻量化以及提高安全性、舒适性，非金属材料、复合材料在汽车车身的加工制造中得到日益广泛的应用。 5、车身主要包括哪些部分？ 答：一般说，车身包括白车身及其附件。白车身通常是指已经装焊好但未喷涂油漆的白皮车身，主要是车身结构件和覆盖件的焊接总成，并包括前后板制件与车门。车身结构件和覆盖件焊（铆）接在一起即成为车身总成，该总成必须保证车身的强度与刚度，它可划分为地板、顶盖、前围板、后围板、侧围板、门立柱和仪表板总成。车身前板制件一般是指车头部分的零部件，包括水箱框架和前脸、前翼子板、挡泥板、发动机罩以及各种加强板、固定件。6、车身有哪些承载形式？ 答：车身按照承载形式的不同，可以分为非承载式、半承载式、承载式三大类。
浅析客车车身结构的设计 发表时间：2019-06-26T09:58:17.053Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：刘国昊 [导读] 摘要：随着生活水平的提高，人们对车内的乘坐环境也提出了更高的要求；本文通过结合对车身结构及其分类以及客车内部装饰的设计的分析，对客车车身结构的设计进行了简单的分析。 中兴智能汽车有限公司 519000 摘要：随着生活水平的提高，人们对车内的乘坐环境也提出了更高的要求；本文通过结合对车身结构及其分类以及客车内部装饰的设计的分析，对客车车身结构的设计进行了简单的分析。 关键词：车身结构；设计；客车车身 引言 客车是指在设计和技术特性上用于载运乘客及其随身行李的商用车。由于其载客量大，占地面积小，在我国应用广泛。客车由发动机、底盘、车身和电器设备等几大部分构成。作为客车的重要组成部分，车身的设计越来越受到重视，客车车身主要由骨架结构和蒙皮结构两部分组成。 一、车身结构及其分类 1.车身结构 在客车结构中，车身即是承载单元，又是功能单元。作为承载单元，由车身骨架与底架或车架（小型客车车身壳体与车架）组成的车身结构，在客车行驶中要承受多种载荷的作用。 作为功能单元，车身应该为驾驶员提供便利的工作环境，为乘员提供舒适的乘坐环境，保护他们免受车辆行驶时产生的振动噪声和废气等的侵袭，以及外界恶劣天气的影响；同时在交通事故中，可靠的车身结构和乘员保护系统有助于减轻对乘员和行人造成的伤害； 此外，合理的车身外部形状，以便客车行驶时能有效地引导周围的气流提高车辆的动力性、燃油经济性和行驶稳定性，并改善发动机的冷却条件和车内通风因此，客车车身对客车产品的设计制造有着十分重烧的影响。 2.车身分类 客车车身分类方法由于客车品种繁多，所以车身的分类形式也是多种多样的。常见的分类方法有按客车的用途、承载形式和车身结构进行分类。 2.1按用途分类 按客车的用途可分为城市喜车、长逢喜车、旅游客车和专用客车四类 （1）城市客车；城市客车是为城市内公共交通运输而设计和装备的客车。 （2）长途客车；长途客车又称公路客车，是为城间旅客运输而设计和装备的客车。 （3）旅游客车；旅游客车是为旅游而设计和装备的客车，其余长途客车的设计原则基本相近。但是在外观和舒适性等方面比长途客车好，车内设施及附件设备也更豪华和高档。 （4）专用客车；专用客车在其设计和技术上制适合于需经特殊布置设计后才能载运人员的车辆。 2.2按承载形式分 按车身承载形式，客车车身结构可分为非承载式、半承载式和承载式三大类。非承载式和半承载式车身结构都是属于有车架式的，而承载式车身则属于无车架式的。从设计的角度看，这类分法是比较合理的。按承载形式对车身结构进行分类，表征了不同形式的车身结构的组成以及车身制造工艺过程中的差异。 2.3按车身结构分类 根据车身结构上的差异，可将客车车身分为薄壳式、骨架式、复合式、单元式和嵌合式结构等几种。 （1）薄壳式结构 薄壳式车身结构无较强的独立骨架结构，构成车身整体的板块式构件，蒙皮也参与承载，是飞机机身薄壳结构的移植和运用。 （2）骨架式结构 这种车身结构的骨架是由抗扭刚度很大的异型钢管构成的，车身不依靠外蒙皮加强，外蒙皮主要起装饰作用。骨架型钢多采用性价比高的碳素结构钢，其中Q235应用比较广泛。 （3）复合式结构 复合式车身结构是将薄壳式和骨架式两种结构融为一体的一种车身结构。 （4）单元式结构 单元式车身结构是采用纵向构件将若干个由地板横梁、立柱、顶横梁等构成的单元链接起来，形成一种独特的车身结构。 （5）嵌合式结构 嵌合式车身结构是根据车身不同部位的受力情况，有针对性的将铝挤压型材嵌合而组成车身的侧壁。 二、客车内部装饰的设计的分析 1.设计的构思 内部装饰与外部造型一样，要求具有整体的美感、独特的风格、内外风格的统一和谐，给人一种美的享受。客车内部装饰件较多，其结构与功能又各不相同，因此，内装饰设计应遵循完整、统一、协调的原则，即根据具体车型，设计各零部件的外形及其占有的相应位置与空间，根据客车所要提供的乘客群体来确定内装饰的档次定位及功能。 同时最重要的是要注意乘客乘坐的舒适性、安全性、可靠性，华而不实的内饰设计是不可取的。如何使有限的空间得到最合理的利用，使乘客在乘车之余可以得到精神上的享受是设计中的难点和重点。 2.装饰的技巧 客车内部装饰不是将装饰材料简单的叠加，华丽、昂贵的材料也未必能装饰出让购车者或乘客接受的理想效果。客车装饰不完全相同于家庭装饰，如果不掌握一定的装饰技巧和知识，再好的装饰材料也将无用武之地。客车内部装饰技巧主要体现在以下三个方面：
疲劳寿命分析方法 摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。 疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。 金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。1843年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。1852年-1869年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。1874年，德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。Goodman讨论了类似的问题。1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin—Manson公式，随后形成了局部应力应变法。 中国在疲劳寿命的分析方面起步比较晚，但也取得了一些成果。浙江大学的彭禹，郝志勇针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取以及在真实工作环境下的疲劳寿命等问题，以发动机曲轴部件为例，提出了一种以有限元方法，动力学仿真分析以及疲劳分
材料疲劳裂纹扩展研究综述 摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。 关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展 1 前言 19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。 经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模
型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。 2 疲劳裂纹扩展研究现存问题 如今，人们在分析材料裂纹扩展问题时最常用到的是“塑性钝化模型”和裂纹尖端因“反向塑性区”等原因导致的“裂纹闭合效应”理论。而它们是否正确，却一直在人们的验证和争论之中。 根据现有的研究结果，有学者提出，若按照“塑性钝化模型”理论，强度高的材料应具有较低的裂纹扩展速率，但实验结果却不能证实这一预测。另外，该“模型”认为的“裂纹尖端的钝化是在拉应力达到最大值时完成的”这一观点在理论上不妥，也与实测结果不符。观察结果表明，裂纹尖端钝化是一个渐进的过程，钝化半径与外载荷大小成正比。 而疲劳裂纹在扩展过程中的“裂纹闭合效应”在什么情况下存在，能否对材料的裂纹扩展速率产生重要影响，考虑“裂纹闭合”的实验室数据能否用于工程中等问题也一直在人们的争论之中。由于“裂纹闭合效应”理论推出的结论是:“对载荷比的依赖性不是材料的内在行为，而是源于裂纹表面提前闭合后应力强度因子幅(△K) 的变化”，所以早在1984年S.Suresh等人就指出[1]，“裂纹闭合”不是一个力学参数，它受构件形状、载荷、环境和裂纹长度等因素的影响。因此，除非在实际使用过程中测量构件的裂纹闭合情况，否则在实验室里做出来的试验结果不能用来预测构件中的裂纹扩展速率。1970年，Ritchie研究钢中裂纹扩展的近门槛值时发现:在真空环境下，应力比R对门槛值几乎没有影响，首度质疑了裂纹闭合的存在性和所起的作用。在前人研究的基础上，美国海军实验室的
第一章 1. 什么是车身结构件、车身覆盖件 答：车身结构件：支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。 车身覆盖件：覆盖车身内部结构的表面板件。 2. 车身类型一般按什么分类，可分为哪几类？非承载式车身的车架一般可分为哪 几类？答：车身类型一般按承载形式不同，可分为非承载式、半承载式和承载式。 非承载式车身的车架一般可分为：1）框式车架：边梁式车架和周边式车架2）脊梁式车架3）综合式车架 3.边梁式、周边式、脊梁式、X 式车架的用途及特点？轿车车身特点分类有 哪些？轿车车身造型分类有哪些？ 答：边梁式车架： 特点：此式车架结构便于安装车身（包括驾驶室、车箱或其它专用车身乃至特 种装备等）和布置其它总成，有利于满足改装变型和发展多品种的需要。 用途：被广泛采用在货车、大多数专用汽车和直接利用货车底盘改装的大客车 以及早期生产的轿车上。 周边式车架: 特点：最大的特点是前、后狭窄端系通过所谓的“缓冲臂”或“抗扭盒”与中 部纵梁焊接相连，前缓冲臂位于前围板下部倾斜踏板前方，后缓冲臂位于后座下 方。由于它是一种曲柄式结构，容许缓冲臂具有一定程度的弹性变形，它可以吸 收来自不平路面的冲击和降低车内的噪声。此外，由于车架中部的宽度接近于车 身地板的宽度，从而既提高了整车的横向稳定性，又减小了车架纵梁外侧装置件 的悬伸长度。 用途：适应轿车车身地板从边梁式派生出来的。 脊梁式车架： 特点：具有很大的抗扭刚度，结构上容许车轮有较大的跳动空间，便于装用独立悬架。 用途：被采用在某些高越野性汽车上。 X 式车架： 特点：车架的前、后端均近似于边梁式车架，中部为一短脊管，前、后两端便于 分别安装发动机和后驱动桥。中部脊梁的宽度和高度较大，可以提高抗扭刚度。 用途：多采用于轿车上。
客车车身结构设计概论 车身作为客车三大总成之一,从设计到制造过程都需要运用不同领域的知识并集成整个制造行业的精髓,它直接反映出一个国家的工业水平和完备程度。综合起来看,由于客车车身的独特性,它使得生产工艺、结构力学、人机工程、工业美术、客户心理、交通运输工程、企业管理以及营销学等诸多学科的知识结合在一起,其特点如下: 一、车身造型 当今社会,客车已经发展成为一种普及的现代化的交通工具,它以其具有动感的造型特点加上内外装饰和车身图案,既美化市容,点缀大自然环境,又能给人以美的享受和强烈的精神感染,客车造型是随着客车工业的发展而逐渐发展起来的,它已由早期的那种附加的美化工作逐步发展成为探讨车身的整体艺术形象,研究和利用各种新材料、新结构、新工艺的新型学科,使客车成为集功能和美术于一身的交通工具。 二、车身构造 客车车身按承载形式的不同,可分为非承载式、承载式、半承载式三大类。目前国内各在客车厂以半承载式车身为主,这种结构在车身下部保留车架,同时车身承担部分载荷,以此减轻车架的负荷,但这种结构使整车轻量化受到限制,所以根据客车工业的发展,结构优越的承载式车身将成为未来客车的主导。 三、车身设计特点 在外形和结构上,车身壳体(俗称轿子)是由许多具有空间曲面外形的大型覆盖件(如顶盖,侧围,保险杠等)所组成。对整车外形来说,既要其整体协调给人以美感,又必须保证必要的流线型,在装合这些大型覆盖件时,对互换性和装配准确度也有较严格的要求,因此要求车身表面的各点连成的曲线必须在纵向和横向两个截面上反复协调以使之光顺,这样,传统的设计方法就不得不规定车身图样必须坐标网格来表示,现代设计方法则有概念设计,工程设计和计算机辅助设计等,使车身设计工作得到提高,特别是力学分析,不再靠传统的经验设计。 目前世界高档大客车越来越豪华,尤其是旅游大客车的内饰渐渐超过乘坐舒适性常规评定标准,越来越注意装饰效果和新颖的艺术风格,为此,德国率先制订出对高档大客车有关装备、质量级别的评定标准，用星（★）表示，星级共分为四级，一级最低，四级最高。 一、国外大客车车身结构
1 的疲劳破坏 疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。 如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。此过程随着齿轮的转动也不停的重复。应力or随时间t的变化曲线如图2所示。 图1 齿轮啮合时受力情况 图2 齿根应力随时间变化曲线 在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。
疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质差别： 1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳被坏是多次反复载荷作用下产生的破坏，它不是短期内发生的，而是要经历一定的时间。 2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。 3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显着塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。 工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。本文对工程塑料齿轮疲劳分析的最终目的，就是要确定其在各种质量情况下的疲劳寿命。通过利用有限元方法和CAE软件对工程塑料齿轮的疲劳寿命进行分析研究有一定工程价值。 2 工程塑料齿轮材料的确定 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它的分子结构与普通聚乙烯(PE)完全相同，但相对分子质量可达(1～4)×106。随着相对分子质量的大幅度升高，UHMWPE表现出普通PE所不具备的优异性能，如耐磨性、耐冲击性、低摩擦系数、耐化学性和消音性等。 UHMWPE耐磨性居工程塑料之首，比尼龙66(PA66)高4倍，是碳钢、不锈钢的7—8倍。摩擦因数仅为～，具有自润滑性，不粘附性。因此，本文选用UHMWPE 作为工程塑料齿轮材料进行研究。UHMWPE性能见表1。 由于UHMWPE导热性能较差，所以与其啮合的齿轮选用钢材料。这样导热性好、摩损小，并能弥补工程塑料齿轮精度不高的缺点。2啮合齿轮均为标准直齿圆柱齿轮，参数为：UHMWPE齿轮齿数30，钢齿轮齿数20，模数4mm，齿宽20mm，压力角取为20°。
《汽车车身结构与设计》 1、车身主要包括哪些部分？答：一般说，车身包括白车身及其附件。白车身通常是指已 经装焊好但未喷涂油漆的白皮车身，主要是车身结构件和覆盖件的焊接总成，并包括前后板制件与车门。但不包括车身附属设备及装饰等 2、车身有哪些承载形式？答：非承载式、半承载式、承载式 3、非承载式（有车架式）车身：货车、采用货车底盘改装的大客车、专用汽车以及大部 分高级轿车都采用非承载式车身，装有单独的车架，车身通过多个橡胶垫安装在车架上，橡胶垫则起到减振作用。非承载车身的优点：①除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，挠性橡胶垫还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了舒适性。②底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。③由于车架作为整车的基础，这样便于汽车上各总成和部件安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途车辆，货车和专用车以及非专业厂生产的大客车之所以保留有车架，其主要原因也基于此。④发生碰撞事故时，车架对车身起到一定的保护作用。非承载车身的缺点： ①由于计算设计时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，从而导致 自重增加。②由于车身和底盘之间装有车架，使整车高度增加。③车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。 4、什么是承载式车身（无车架式）？答：没有车架，车身直接安装在底盘上，主要是 为了减轻汽车的自重以及使车身结构合理化。承载式车身结构的缺点在于由于没有车架，传动的噪音和振动直接传给车身，降低了乘坐的舒适性，因此必须大量采用防振、隔音材料，成本和重量都会有所增加；改型比较困难。 5、汽车生产的“三化”是指什么？答：汽车生产的“三化”是指汽车产品系列化、零部件通用 化、以及零件设计标准化。 6、什么是工程设计？答：汽车工程设计一般需要 3 年以上，而从生产准备到大量投产时 间更长。其中车身的设计所需的周期最长。车身设计首先是按 1：1 的比例进行内部模型和外部模型的设计及实物制作。其次则是车身试验，包括强度试验、风洞试验、振动噪音试验和撞车试验等。 7、轿车底盘有哪三种布置形式？答：轿车底盘有三种布置形式：a：发动机前置，后轮驱 动；b：发动机前置，前轮驱动；c：发动机后置，后轮驱动。 8、什么是汽车驾驶员眼椭圆？答：汽车驾驶员眼椭圆是驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅 上时其眼睛位置在车身中的统计分布图形。 9、什么是 H 点答： H点是人体身躯与大腿的交接点。
材料的疲劳性能 一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随机变动应力两种。 1、表征应力循环特征的参量有： ①最大循环应力：σmax； ②最小循环应力：σmin； ③平均应力：σm=（σmax+σmin）/2； ④应力幅σa或应力范围Δσ：Δσ=σmax-σmin，σa=Δσ/2=（σmax-σmin）/2； ⑤应力比（或称循环应力特征系数）：r=σmin/σmax。 2、按平均应力和应力幅的相对大小，循环应力分为： ①对称循环：σm=（σmax+σmin）/2=0，r=-1，大多数旋转轴类零件承受此类应力； ②不对称循环：σm≠0，-1 ③脉动循环：σm=σa>0，r=0，齿轮的齿根及某些压力容器承受此类应力。σm=σa<0，r=∞，轴承承受脉动循环压应力； ④波动循环：σm>σa，0 寿命设计方法 -王光建 目录 …什么是疲劳失效 …无限寿命设计方法 ?S-N曲线(wohler curve)及疲劳极限?基于疲劳极限的评判 ?考虑平均应力的损伤修正…有限寿命设计方法 ?Miner法则(疲劳损伤线性累积) ?雨流计数法?寿命计算…疲劳寿命仿真计算 …疲劳寿命计算的不足 疲劳失效 …疲劳是一种机械损伤过程 …特点: 在这一过程中即使名义应力低于材料屈服强度；破坏前无明显塑性变形，突然发生断裂…本质： ?交变载荷+金属缺陷?金属的循环塑性变形（微观） ?疲劳一般包含裂纹萌生和随后的裂纹扩展两个过程 ?疲劳是损伤的累积 金属内部缺陷微裂纹产生裂纹扩展断裂 （晶体位错） 疲劳发生过程 …疲劳的判断： 金属材料的疲劳断裂口上，有明显的光滑区域与颗粒区域，光滑区域是疲劳断裂区，颗粒区域是脆性断裂区 粗糙的脆性断裂区 光滑的疲劳区 裂纹源 -S-N曲线(Wohler curve)及疲劳极限…S-N曲线是根据材料的疲劳强度实验数据得出的应力和疲劳寿命N的关系曲线 …S-N曲线用于描述材料的疲劳特性 σ S-N curve 1871年，Wohler首先对铁路车轴进行了系统的疲劳研究，发展了S-N曲线及疲劳极限概念 -S-N曲线(Wohler curve)及疲劳极限…疲劳极限：一般规定，循环次数107所对应的最大应力为疲劳极限 σ σ limit S-N curve -基于疲劳极限的评判 …Alternating stress 作为判断应力 Alternating stress=(σ - σmin)/2 max …判断标准 σAlternating stress<σ limit σσ limit σ √ 2 S-N curve σ × 1 车身结构与设计 基于理论分析汽车气动力及力矩 【摘要】汽车空气动力性是汽车的重要特性之一，气动力和气动力矩是它的主 要内容。通过运用数学和物理方法，理论分析气动力及气动力矩的相关参数，进而与汽车的动力性及燃油经济性综合在一起进行分析，找到相关的影响因素，通过改变这些因素来改善汽车性能，合理的选择相关参数，为接下来的设计及模拟仿真做好铺垫。 【关键词】空气动力性气动力气动力矩气动阻力动力性燃油经济性 前言 汽车空气动力性是汽车的重要特性之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵性、舒适性及安全性，它是指汽车在流场中所受的以阻力为主的包括升力、侧向力的三个气动力及其相应的力矩的作用而产生的车身外部和内部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、泥土及灰尘的附着与上卷、刮水器上浮以及发动机冷却、驾驶室内通风、空气调节等特性。当一辆汽车以80km/h的速度前进时，有60%的动力用于克服空气阻力。从世界上首款流线型汽车“气流”诞生开始，迄今为止，国内外对于汽车空气动力学的研究方法大致分为一般采取试验法、试验与理论相结合法及数值模拟仿真研究法。理论研究方法主要是通过数学工具来建立空气运动规律及相应初始、边界条件的理论模型，以揭示气动力产生机理及作用关系。而试验及模拟仿真都是在理论研究和计算的基础之上进行的，可见理论研究对于汽车空气动力学来说是不容忽视的。 气动力及气动力矩分析 1、气动力及力矩 汽车与空气相对运动并相互作用，会在汽车车身上产生一个气动力F，这个力的大小与相对运动速度的平方、汽车的迎风面积及取决于车身形状的无量纲气动系数成正比，可表示为 F = qSC F = 0.5ρvSC F (1) 式中，F为气动力，S为汽车迎风面积，C F为气动系数。 汽车车身结构与设计复习题 1.车身设计的特点是什么？车身设计是新车型开发的主要内容。车身造型设计是车身设计的关键环节。人机工程学在车身设计中占有极重要的位置。车身外形应重点体现空气动力学特征。轻量化、安全性和高刚性是车身结构设计的主题。新材料、新工艺的应用不断促进车身设计的发展。市场要素车身设计中选型的前提。车身设计必须遵守有关标准和法规的要求 2.现代汽车车身发展趋势主要是什么？ 车身设计及制造的数字化 （1）虚拟造型技术(CAS)。 （2）计算机辅助设计(CAD)。 （3）计算机辅助分析(CAE)。 （4）计算机辅助制造(CAM)。 流体分析CFD： 车身静态刚度、强度和疲劳寿命分析： 整车及零部件的模态分析： 汽车安全性及碰撞分析： NHV(Noise Vibration Harshness)分析： 塑性成型模拟技术： （5）虚拟现实技术。 （6）人机工程模拟技术。 新型工程材料的应用及车身的轻量化 更趋向于人性化和空间的有效利用 利用空气动力学理论，使整体形状最佳化 采用连续流畅、圆滑多变的曲面 采用平滑化设计 车身结构的变革： 取消中柱，前后车门改为对开； 车内地板低平化； 四轮尽量地布置在四个角 大客车向轻量化和曲面圆滑方向发展 将货车驾驶室和货箱的造型统一 3.简述常用车身材料的特点和用途。 钢板冷冲压钢板等。 汽车车身制造的主要材料，占总质量的50%。 主要用于外覆盖件和结构件,厚度为0.6-2.0mm。 车门、顶盖、底板等复盖件用薄钢板均是冷轧板，大梁、横粱、保险杆等均是热轧钢。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～ 0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。与具有同样刚度的单层钢板相 比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。 铝合金 铝合金具有密度小（ 2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生 等优点。 镁合金 材料的疲劳性能 一.本章的教学目的与要求 本章主要介绍材料的疲劳性能，要求学生掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断口的宏观特征，金属以及非金属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗力指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺口敏感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值，影响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，目的是为疲劳强度设计和选用材料建立基本思路。 二．教学重点与难点 1. 疲劳破坏的一般规律（重点） 2．金属材料疲劳破坏机理（难点） 3. 疲劳抗力指标（重点） 4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点） 5热疲劳（难点） 三．主要外语词汇 疲劳强度：fatigue strength 断口：fracture 过载持久值：overload of lasting value 疲劳缺口敏感度：fatigue notch sensitivity 疲劳裂纹扩展速率：fatigue crack growth rate 裂纹扩展门槛值：threshold of crack propagation 热疲劳：thermal fatigue 四. 参考文献 1.张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通大学出版社，2009 2.束德林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，1995 3.石德珂，金志浩等.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，1996 4.郑修麟.材料的力学性能.西安：西北工业大学出版社，1994 5.姜伟之，赵时熙等.工程材料力学性能.北京：北京航空航天大学出版社，1991 6.朱有利等.某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析[J]. 装甲兵工程学院学报，2010,24（5）：78-81 五．授课内容 第5章客车车身结构及其设计 5-1 车身结构及其分类 客车与轨道交通车辆是现代社会中运输旅客的主要交通工具。在我国，客车是指在设计和技术特性上用于载运乘客及其随身行李的商用车。由于其载客量大，占地面积小，在我国应用广泛。客车由发动机、底盘、车身和电器设备等几大部分构成。作为客车的重要组成部分，车身的设计越来越受到重视，客车车身主要由骨架结构和蒙皮结构两部分组成。 在客车结构中，车身即是承载单元，又是功能单元。作为承载单元，由车身骨架与底架或车架（小型客车车身壳体与车架）组成的车身结构，在客车行驶中要承受多种载荷的作用。作为功能单元，车身应该为驾驶员提供便利的工作环境，为乘员提供舒适的乘坐环境，保护他们免受车辆行驶时产生的振动噪声和废气等的侵袭，以及外界恶劣天气的影响；同时在交通事故中，可靠的车身结构和乘员保护系统有助于减轻对乘员和行人造成的伤害；此外，合理的车身外部形状，以便客车行驶时能有效地引导周围的气流，提高车辆的动力性、燃油经济性和行驶稳定性，并改善发动机的冷却条件和车内通风。因此，客车车身对客车产品的设计制造有着十分重要的影响。 5.1.1、客车车身定义GB37301-88 在GB37301-88中，客车车身的定义为：具有长方形的车箱，主要用来装载乘员和随身行李。 5.1.2、客车车身分类方法 由于客车品种繁多，所以车身的分类形式也是多种多样的。常见的分类方法有按客车的用途、承载形式和车身结构进行分类。 1、按用途分类 按客车的用途可分为城市客车、长途客车、旅游客车和专用客车四类。 （1）城市客车 城市客车是为城市内公共交通运输而设计和装备的客车，如图5-1所示。这种车辆设有座椅及乘客站立的区域，由于乘客上下频繁，所以车厢内地板低、过道高、通道宽、座椅少、车门多，车窗大，并有足够的空间供频繁停站时乘客上下车走动使用。按运行特点，城市客车分为市区城市客车和城郊城市客车。为了满足大、中城市公共交通的需要及环保要求，城市客车正逐步向大型化、低地板化、环保化、高档化和造型现代化等方面发展。 细解Ansys疲劳寿命分析 2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元 ANSYS Workbench 疲劳分析 本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷 …成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件 一.本章的教学目的与要求 本章主要介绍材料的疲劳性能，要求学生掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断口的宏观特征，金属以及非金属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗力指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺口敏感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值，影响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，目的是为疲劳强度设计和选用材料建立基本思路。 二．教学重点与难点 1. 疲劳破坏的一般规律（重点） 2．金属材料疲劳破坏机理（难点） 3. 疲劳抗力指标（重点） 4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点） 5热疲劳（难点） 三．主要外语词汇 疲劳强度：fatigue strength 断口：fracture 过载持久值：overload of lasting value 疲劳缺口敏感度：fatigue notch sensitivity 疲劳裂纹扩展速率：fatigue crack growth rate 裂纹扩展门槛值：threshold of crack propagation 热疲劳：thermal fatigue 四. 参考文献 1.张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通大学出版社，2009 2.束德林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，1995 3.石德珂，金志浩等.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，1996 4.郑修麟.材料的力学性能.西安：西北工业大学出版社，1994 5.姜伟之，赵时熙等.工程材料力学性能.北京：北京航空航天大学出版社，1991 6.朱有利等.某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析[J]. 装甲兵工程学院学报，2010,24（5）：78-81 五．授课内容 基于实测载荷谱的白车身疲劳寿命计算 朱涛1 林晓斌2 1上海山外山机电工程科技有限公司 2英国恩科(nCode)国际有限公司上海代表处 基于实测载荷谱的白车身疲劳寿命计算 朱涛1 林晓斌2 1上海山外山机电工程科技有限公司 2英国恩科(nCode)国际有限公司上海代表处 摘要：汽车白车身疲劳分析由于缺乏真实载荷谱的输入而显得没有说服力，计算分析的结果往往与试车场或用户使用时发生的失效没有关联，这样导致了虚拟疲劳分析的强大作用无法发挥。本文通过六分力轮测试系统实测了某型乘用车在试车场的载荷谱数据，以此作为输入，并综合了多种CAE手段，包括有限元网格划分、有限元分析、多体动力学分析和疲劳分析，对该乘用车的白车身在实测载荷谱作用下的疲劳寿命分布进行了计算分析，获得了有价值的结果。同时给出了更符合真实工况的试验与虚拟相结合的白车身一体化疲劳分析流程。 关键词：白车身，虚拟疲劳分析，道路载荷谱，有限元网格划分，有限元分析，多 体动力学分析 1 前言 汽车结构疲劳的话题在当前各大整车制造企业越来越受到重视，几乎每种新开发的车型都需要考察其疲劳耐久性能。以前传统的方法，汽车企业对于新车型疲劳寿命的评估都是利用实车在各道路试车场进行路试[1]，该方式虽然是最直接且最准确的，但测试时间却十分冗长且耗费人力与经费甚巨，即使发现了问题往往也很难去修改。近年来计算机软硬件的迅速发展，计算机辅助工程（CAE）分析技术在静态、碰撞、振动噪音等领域均有了相当不错的应用成果，但疲劳耐久性分析需要综合有限元应力分析和动力学载荷分析等专业技术，仍需花费非常大的计算量，且计算的准确性由于没有真实的道路载荷谱（RLD）作为计算输入而缺乏说服力。 本文针对上述问题，基于在国内汽车企业已经开始成熟运用的六分力轮测试技术实测获得的某乘用车在试车场的道路载荷谱数据[2]，以此作为输入，驱动建立好的整车多刚体动力学仿真模型，获取作用在白车身各连接点上的载荷谱，同时对白车身进行有限元应力场分析。综合上述结果，调用相应的疲劳损伤模型对白车身的疲劳寿命进行了计算，从而建立起一套较为可行的更符合真实工况的车辆疲劳寿命分析技术流程。 车身疲劳分析规范编号：LP-RD-RF-0020 文件密级：机密 车身疲劳分析规范 V1.0 编制： 日期： 编制日期审核/会签日期批准日期 车身疲劳分析规范 修订页 编制/修订原因说明：首次编制 原章节号现章节号修订内容说明备注 编制/修订部门/人 参加评审部门/人 修订记录： 版本号提出部门/人修订人审核人批准人实施日期备注 目录 1 简介 (2) 1.1 分析背景和目的 (2) 1.2 软硬件需求 (2) 1.3 分析数据参数需求 (2) 2 模型前处理 (2) 2.1 模型处理 (2) 2.2 约束及加载方式 (3) 3 有限元分析步骤 (3) 3.1 Nastran 静力分析模块 (3) 3.2 NCODE DesignLife 疲劳分析模块 (4) 4 分析结果后处理 (10) 5 结果评价 (11) 车身疲劳分析规范 1 简介 1.1 分析背景和目的 车身在路试过程中及售后反馈中80%以上的开裂问题为疲劳破坏，车身的疲劳性能是车身质量的重要体现，有必要对车身进行疲劳分析。目前比较通用的疲劳分析方法是准静态法。 1.2 软硬件需求 软件 前处理HyperMesh – Nastran模块 求解器Nastran Solution 101，nCode DesignLife 后处理HyperView 硬件 前、后处理：HP或DELL工作站； 求解：HP服务器、HP或DELL工作站。 1.3 分析数据参数需求 所需模型为简化的TB模型，（白车身及各质量点配重） 2 模型前处理 2.1 模型处理 1）导入简化的TB模型，详细建模细则参考《CAE分析共用模型建模指南》,所有搭载在白车身上的零件均需配重； 2）将各接附点重新编号，编号细则参考《整车疲劳分析连接点编号规范》； 图2.1 简化的TB模型 第一章：车身概论 1车身包括：白车身和附件 白车身通常系指已经焊装好但尚未喷漆的白皮车身， 此处主要用来表 示车身结构和覆盖件的焊接总成，此外尚包括前、后板制件与车门, 但不包括车身附属设备及装饰等。 2. 按承载形式之不同，可将车身分为非承载、半承载式和承载式三 大类 非承载车身的优点：①除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用 外，挠性橡胶垫还可以起到辅助缓冲、 适当吸收车架的扭转变形和降 低噪声的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了舒适性。②底盘 和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又 便于组织专业化协作。③由于车架作为整车的基础，这样便于汽车上 各总成和部件安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途车辆， 货 车和专用车以及非专业厂生产的大客车之所以保留有车架， 其主要原 因也基于此。④发生碰撞事故时，车架对车身起到一定的保护作用。 非承载车身的缺点： ①由于计算设计时不考虑车身承载， 故必须保证 车架有足够的强度和刚度， 从而导致自重增加。 ②由于车身和底盘之 间装有车架， 使整车高度增加。 ③车架是汽车上最大而且质量最大的 零件，所以必须具备有大6—7-nra “一居立柱（弋"tt ） 2—償敢住｛ -A " in 21—寄一葩田抵23—Rira t-.Jp?. 24"歯档脱嫌爵一理动乩取26■—门窗眶 1 一就动航爼简主推橇2—水箱阳崔褪架 」一苗'烘桓 呂一匍门9—時门10—年盐捋储祓11—桔1#于柢1工一童卿駆13—疔疔赠盞 “一晞巫止适椅 怖 一后由台柢口一上加峯皿一顶魏活一即玄柱I W 如 型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。 3．承载式车身分为基础承载式和整体承载式。 基础承载式特点：①该结构由截面尺寸相近的冷钢杆件所组成，易于建立较符合的有限元计算模型，从而可以提高计算精度。②容许设法改变杆件的数量和位置，有利于调整杆件中的应力，从而达到等强度的目的。③作为基础承载的格栅底架具有较大的抗扭刚性，可以保证安装在其上的各总成的相对位置关系及其正常工作。④提高材料利用率，简化构件的成型过程，节省部分冲压设备，同时也便于大客车的改型和系列化，为多品种创造了条件。 4．“三化”指的是产品系列化、零部件通用化以及零件设计标准化。第二 章：车身设计方法 初步设计技术设计卩 1概念设计：包括技术任务书的全部内容和一个批准的三维模型。疲劳寿命设计方法
车身结构与设计论文
汽车车身结构与设计复习题答案(20200521124756)
材料的疲劳性能
客车车身结构及其设计
细解Ansys疲劳寿命分析
材料的疲劳性能汇总
基于实测载荷谱的白车身疲劳寿命计算
整车-20_车身疲劳分析规范V1.0版
汽车车身结构与设计(免费下载).doc
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