客车骨架结构的随机振动疲劳分析

第9期2010年9月文章编号：1001-3997（2010）09-0099-03机械设计与制造MachineryDesign＆Manufacture99客车车身骨架准静态疲劳强度分析*朱健苏小平陈本军）（南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009Pseudo-staticfatiguestrengthanalysisofbusbodyframeworkZHUJian，SUXiao-ping，CHENBen-jun （SchoolofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China）【摘要】运用有限元方法建立了某轻型客车车架骨架的有限元模型，在确定载荷的简化和施加方法后，进行了该车身骨架在满载弯曲工况下的有限元仿真，以此对其进一步的疲劳分析。

为该车车身骨架的优化设计和进一步研究提供了理论依据。

关键词：车身骨架；有限元；疲劳分析【Abstract】Finiteelementmodelingofthebusframeworkisestablishedbyusingfiniteelementmeth－ods.Whenthesimplifiedloadandloadwayexertingontheframeworkareensured，thefiniteelementsimula－tionofbusframeworkisexecutedunderfullyloadedbendingcondition.Andthenfurtherfatigu eanalysisfinishes.Theseresultsprovidetheoreticalbasisforoptimizationandfurtherstudyoft hebusframework.Keywords：Busframework；Finiteelementanalysis；Fatigueanalysis1引言车身骨架是客车的主要承载结构，车身骨架的强度、刚度及安全性、操作稳定性等疲劳性能都直接影响着客车的使用寿命、基本性能。

引 言
客 车 车 身 结 构 是 一 个 由各 种 承 载 构 件 组 成 的
１１模 型 的简化 ．
全 承 载 式 客 车 车 身 骨 架 主 要 是 以大 部 分 矩 形
空 间超 静 定 结 构，它 是车 辆 的 承载 单 元 ，客 车 行 驶 梁 、少部 分异 型梁 及 很少 的钢 板构 成 。在 几何模 型
ｅ ｔ ｂｉｈ ｄ Ｔｈｅｓｒ ｓ ｎ ｔａｎｄ ｓｒｂ ｔｏ ｒ ｂ ａ ｅ ｕ ｉ ａｉ ｎ ： ｅ ｄ ｇ ｔ ｒ ｉ ｇ ｂ ａ ｉ ｇ ｔ ｒ ｉｎ ｓａ ｌ ｅ ． ｓ ｔｅ ｓａ ｄｓ ｉ ｉｔｉｕ ｉｎｓ ｅｏ ｔ ｉ ｄｉ ｆ ｒｓｔ ｔｏ ｓ ｂ ｎ ｉ ，ｕ ｎ ， ｒ ｋ ｎ ， ｏ ｓｏ ｒ ａ ｎ ｎ ｏ ｕ ｎ ｎ Ｍ ｅ ｎ ｉｅ ｈ ｅ ｍｏ ａ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｎ ｌｓｓｉ ｃ ｏ ｌｓ ｅ Ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔｄ ｔ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｄ ｂ ｄ ａ ｗｈ ｌ，ｔ ｄ ｌｃ ａ ａ ｔ ｓｉｓ ａ ａｙ ｉ ｓａ ｃ ｍｐ ｉｈ ｄ． ｒ ｈ ｅ ｕｔｎ ｉａｅ ｔｔ ｅ ｉｎｅ ｏ ｙ ｈ ｈ ｓｒ ｃｕ ｅ ｓ ｉｆｅ ｅ ｒ ｑ ｒｅ ｅ ｔ ｏ ｔｅ ｇｈ ａ ｄ ｓｉ ｎｅ ｓ ｃ ｉ ｉｎ．Ｔｈ ｅ ｒｔｃ ｂ ｓ ｓ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ ｆ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｕｉｍ ｎ ｓ ｆ ｓ ｎ ｔ ｎ ｔｆ ｓ ｒｔ ｏ ｔ ｉ ｈ ｒ ｒ ｅ ｅ ｔ ｏ ｅｉ ａ ｅ ｉ ｅ ｈ ｒ ｏ ｉ ｒ ｖ ｎ ｅ ｉ ， ｄｔ ｅａ ａｙ ｉａ ｅ ｕｌ ｅｈ ｌｆ ｏｔ ｅｏ ｔｍｉｅ ｅ ｉ ｆ ｕ ｄ ｔｕ ｔ ｒ ． ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｄ ｓｇ ａ ｌｔｃ ｌ ｓ ｔ ａ ｅｐ ｕｌ ｐ ｉ ｚ ｄｄ ｓｇ ｏ ｓｂｏ ｙ ｓｒ ｃｕ ｅ ｎ ｎ ｈ ｎ ｒ ｓｒ ｔ ｈ ｎ ｂ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｃ ｙ ｒ ｓ ｃ ａ ｈｂｏ ｙｆ ａ ） ＦＥＡ； ｓｒ ｎ ｔ ｄ ｒ ｍｅ ｔ ｅ ｇ ｈｎ ｌ Ｂ； ｓ ｆｎ ｓ ｎａｙｓｓ ｍｅ ｌ ｎａｙｓｓ ｙ￣ ｉ ｔ ｅ ｓａ ｌ ｉ ； ｄａ ａ ｌ ｉ ＣＬＣ ． Ｕ４ ２ ２ ２： Ｄｏ ｕｍｅ ｔｃ ｄｅ Ａ Ｎ０ ： ６ ．＋ ｃ ｎ ｏ ：

高速客车车体和构架结构振动研究的开题报告
标题：高速客车车体和构架结构振动研究
摘要：随着交通工具技术的不断发展，高速客车已经成为人们出行的主要方式之一。

然而，在高速行驶时，客车车体和构架结构的振动对行驶舒适性和安全性都会产生重大影响。

因此，本研究旨在探索高速客车车体和构架结构振动特性，并寻找减少振动的途径和方法。

研究目标和意义：通过对高速客车车体和构架结构振动特性的研究，可以深入了解其振动机理和影响因素，并进一步提高其行驶舒适性和安全性。

此外，该研究还有助于为高速客车的设计和改进提供科学依据。

研究内容和方法：本研究将采用实验室试验和数值模拟相结合的方法，分别研究高速客车车体和构架结构的振动特性。

实验室试验将在振动试验台上对不同条件下的客车进行振动测试，并对测试结果进行分析和比较。

数值模拟则利用有限元分析软件对客车的结构进行建模和分析，探索各种因素对振动的影响。

预期结果和贡献：通过本研究，预期能够得出高速客车车体和构架结构振动特性的主要特点和影响因素，并寻找到减少振动的方法和途径。

同时，该研究还能够为高速客车的设计和改进提供科学依据，从而提高其行驶舒适性和安全性。

结论：高速客车车体和构架结构振动对行驶舒适性和安全性产生着重大影响。

本研究将采用实验室试验和数值模拟相结合的方法，探索高速客车车体和构架结构振动特性，并寻找减少振动的途径和方法。

预期能够为高速客车的设计和改进提供科学依据，提高其行驶舒适性和安全性。

第２ ８卷
第 ２期
郑 州 铁 路 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ｌ ａ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ
Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ ｓ
Ａｎ Ｈｏ ｎ ｇ ｅ ｎ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｐ ｅ ｎ ｇ
ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ －Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ｏ ｄ ｉ ｅ ｓ ＞ ＞ 的有关要求， 在与工厂相关技术人员讨论的基础
（ Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｈ ｅ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｗｕ ｚ ｈ ｉ ４ ５ ４ ９ ５ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ＴＢ ／ Ｔ １ ３ ３ ５－ － １ ９ ９ ６ ”ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｖ ａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｒ ｍｓ” ａ ｎ ｄ ＥＮ１ ２ ６ ６ ３ － １：２０１ ０” Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ － Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ｏ ｄｉ ｅ ｓ ”，ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ Ｓ ｄｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ＂ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ；ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｄｙ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ＮＳ ＴＲＡＮ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗａ ｒ ｅ

Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ａ ｃ ｏ ａ ｃ ｈ ｂ ｏ ｄ ｙ ｌａ ｆ ｍｅ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｓ
客 第 ２期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ ＆ Ｃｏ ＡＣＨ ＴＥＣＨＮ０ ＬｏＧ Ｙ ＡＮＤ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ
客车车身骨架谐响应分析
林标 华 ，李俊 慧
（ 厦 门金龙 旅行 车有 限 公 司 ，福 建 厦 门 ３ ６ １ ０ ０ ６ ）
摘 要 ： 建立某款客车 的车身骨架有 限元模 型 ， 并进行谐 响应分析 ， 得 到车 身骨架在 发动机激 励下车 身不 同部位 的频 率响应曲线 ； 分析 结果可为解决 车身振动 问题 、 改进或 者优化 车身结构提供 参考。
ｓ ｔ ｒ ｕ ｃｔ ｕｒ ｅ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ ： ｃ ｏ ａ ｃ ｈ ； ｂ ｏ ｄ ｙ ｒａ ｆ ｍｅ ； ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
１ 动 态 分 析 的 理 论 基 础
谐 响应 分析 是用 于确定线 性结 构在 承受 随时 间按 正弦 （ 简谐 ）规律 变化 的载荷 时 的稳 态响 应 的一种 技 术 。分析 的 目的是计 算结 构 在激 励 载荷 下 的 响应 ， 并 得 到 随激 励频 率 的响应 曲线 。通 过 曲线 可 以找 到 “ 峰
Ｌ ｉ ｎ Ｂｉ ａ ｏ ｈ ｕ ａ ， Ｌ ｉ Ｊ ｕ ｎ ｈ ｕ ｉ

３ ． １轮胎 一悬 架 系统 有限元
位 的节点 约束 后 ， 分 别给 三 个 坐标 轴 方 向以 一定 加 速 度 ， 检查 焊接 点 的连接情 况 ， 并进行 修 改 。最 终建 立 的有 限元
模 型如 图 １所示 。模 型的规 模信 息 ： 关键 点 １ ２ ８ ８个 、 直线
２ １ ５ ０条 、 节点 ３ １ ２ １ ６个 、 单元 １ ６ ０ ４ ４个 。此模 型 车身 骨架
尼器 和空 气弹 簧的 装配 关
系 。图 ３为该 车所 采 用 的 空气 弹 簧 的 承 载 特 性 曲 线 。图 ４和 图 ５分 别 为 其 阻尼 器 的压缩 工况 和拉 伸 工况 的承载 曲线 。 为 了能 达到较 好 的模 拟 效果 ， 本 文 采 用 非 线 性 。
。
化 载荷 的动力 响应情 况 。谱 是谱 值 与频率 的关 系 曲线 ， 它
力 特性单 元 。本 文使用 两个 Ｌ ｉ ｎ ｋ ｌ ０单 元 分别 模 拟 阻尼 器
维普资讯
／
垂直位移 ｆ ｍｍ ）
图３空 气弹簧承栽特性 曲线
于 模拟 单轴 拉 压 特 性 ， 即
每个 节 点具 有空 间三个 方 向上 的平 动 自由 度 ； 扭 转
３ 谱 分 析
响应 谱分 析是 随机有 限元 的重要 部分 ， 它 是 一种将 模
态分析 的结果 与一 个 已知 的 谱联 系起 来 计算 模 型 的 位移 和应力 的分析 技术 ， 主要 分析 结构对 随机 载荷 或 随时 间变 其它 Ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ系列 的单 元 模 拟 。因 为 Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ１ ０是 三 维桁 单 元 且有独 特 的双线性 强 化 特 性 ， 能模 拟 轴 向只 拉 、 只压 受

3σ 水平的实际循环次数（0.0433v＋ a T）； N1σ、
N2σ、N3σ 为根据疲劳曲线查得的 1σ、2σ、3σ 应
力水平分别对应的许可循环次数。 假定 D＝1 时，结构疲劳失效，则车体的 疲劳寿命为：
T 1 0.271 0.0433 0.6831 va ( ) N1 N 2 N 3
・30・
设计与研究
机械
2013 年第 8 期 总第 40 卷
根据轮/轨的数据文件，再结合响应的轮轨参数 如轮轨以及轮对的内侧距、轨底坡和轨距等即 可建立轮/轨接触几何关系。
机械
2013 年第 8 期 总第 40 卷
设计与研究
・27・
基于 PSD 方法的点焊轨道客车车体 随机振动疲劳寿命分析
修瑞仙，肖守讷，阳光武，刘艳文
（西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031） 摘要：首先利用 SIMPACK 动力学软件得到车体二系簧处的加速度功率谱（PSD），在 ANSYS 中对车体 二系簧座进行激励加载，利用模态叠加法对车体进行随机振动分析，得到客车车体的 1σ 应力分布；而后 利用高斯三区间法和 Miner 线性累积损伤定律，对车体结构的疲劳寿命进行分析。分析结果表明，在达 到车辆五级修程前，车体底架枕梁和边梁连接处、侧墙窗角立柱与蒙皮连接处及车顶空调安装梁与波纹 板连接处为车体疲劳寿命薄弱位置。 关键词：点焊客车；随机振动；疲劳寿命；功率谱密度；高斯三区间法；Miner 线性累积损伤定律 中图分类号：TB533+.2 文献标志码：A 文章编号：1006－0316 (2013) 08－0027－06
随着我国铁路行业的蓬勃发展，客车高速 化、轻量化已经是铁路运输发展的主基调，但 与之同时也带来了许多问题，日益突出的车辆 ———————————————

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析ANSYS是一款常用的工程仿真软件，具有强大的分析功能。

在进行随机疲劳分析时，可以利用ANSYS的随机振动分析功能来模拟随机加载下的疲劳损伤。

随机疲劳分析是一种考虑工作载荷随机性对结构疲劳寿命影响的方法。

通过采用随机振动分析，可以考虑到工作载荷的随机特性，进一步分析结构的疲劳损伤。

ANSYS中的随机振动分析功能可以通过以下步骤来进行：1.几何建模：首先，需要进行结构的几何建模。

使用ANSYS的几何建模工具可以创建出要进行疲劳分析的结构。

2.材料属性定义：在进行材料属性的定义时，需要确定材料的弹性模量、泊松比、密度和疲劳参数等。

可以根据材料的材料数据手册来获取这些参数。

3.边界条件设置：在进行随机振动分析时，需要设置结构的边界条件。

这些边界条件可以是结构受到的随机外载荷或者是结构与其他部件的接触情况。

4.加载设置：在进行随机振动分析时，需要设置结构受到的随机载荷。

这些载荷可以是来自于实际工况的随机载荷，也可以通过振动台试验数据等手段获取。

5.随机振动分析：利用ANSYS的随机振动分析功能，可以进行频域分析或时域分析。

频域分析可以用于计算结构的响应功率谱密度，时域分析可以用于计算结构的随机响应。

6.疲劳寿命计算：在获得结构的随机响应后，可以进行疲劳寿命计算。

根据结构的随机响应和材料的疲劳性能参数，可以使用ANSYS的疲劳分析功能来计算结构的疲劳寿命。

通过以上步骤，可以利用ANSYS的随机振动分析功能实现随机疲劳分析。

这种方法能够更全面地考虑结构在实际工作环境下的疲劳寿命，为结构的设计和改进提供准确的参考。

需要注意的是，在进行随机疲劳分析时，需要对随机载荷进行合理的统计分析，获取载荷的概率密度函数。

如果没有足够的载荷数据，也可以使用统计模型进行估计。

此外，还需要对材料的疲劳性能参数进行准确的测定，以保证疲劳寿命计算的准确性。

总之，利用ANSYS的随机振动分析功能进行随机疲劳分析是一种有效的方法，可以更准确地评估结构在随机工作载荷下的疲劳性能，为结构的设计和改进提供有力的支持。

基本性能 。 本文运用通用有 限元分析软件对某客车车身进行 了准
－ －
～ 一 ～～ 枷 一 ～
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★来稿 日期 ：０ ９ １－ ６ ★基金项 目： ２０— １０ 江苏省高技术研究重点实验室项 目（ Ｍ２ ０ ２ １ Ｂ ０７０ ）
●… ・ ●… ・ … ・ ● ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ … － … ・ ● ● ●… － … ￣ｉ ● ｌ… ｔ ・ ●… ・ … ・ … ・ … ・ … ・ … － … ・ … ● ● ● ● ● ● ●
文件 ， 生成 Ｎ Ｃ代码后 ， 通过 Ｒ ２ ２ Ｓ ３ 传输到机床中测量叶片型面。
表 ２ Ｘ Ｚ Ｂ法坐 标 数 据文 件 Ｙ Ａ
图 ７ＶＥ Ｃ Ｔ仿 真 结果 图 ＲＩＵ
ｕ ｖ法 和截 面法 的这 种新 方法 ， 利用 了叶片加 工路 径规 划 中 的
４结论
结合传统的生成待测 曲线 的 ｕ 法 和截面法 提出了一种新 ｖ
扭 性能 和强 度 ｌ １ 身骨 架 所用 材 料 为 １Ｍ ｌ 。车 ６ ｎ合金 钢 和 Ｑ ３ ， ２ ５其 位 置 。 力学 特性 ， 表 １ 如 所示 １ ２ １ 。
中图分类 号 ：Ｈ１ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ Ａ
１ 【 弓 言
车身骨架是客车的主要 承载结构 ， 车身骨架的强度 、 刚度及 供了理论依据 。
静 疲 强 分 ，该 车 骨 的 化 计 进 步 究 态 劳 度 析为 车 身 架 优 设 和 一 研 提
车身骨架大部分由采用不同规格 的钢管所构成的。 各构件绝
朱 健 苏小平 陈本 军
（ 南京工 业大学 机械 与动 力工程学 院 ， 京 ２ ０ ０ ） 南 １０ ９

利用 ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析ANSYS 随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。

本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg 提出的基于高斯分布和Miner 线性累计损伤定律的三区间法进行 ANSYS随机疲劳计算的具体过程。

１．随机疲劳现象普遍存在在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。

因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。

2．ANSYS随机振动分析功能介绍ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面：1.具有位移、速度、加速度、力和压力等 PSD类型；2.能够考虑 a 阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比；3.能够定义基础和节点 PSD激励；4.能够考虑多个 PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等；5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1 位移解， 1 速度解和 1 加速度解；3．利用 ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。

下面围绕该方法举例说明 ANSYS随机疲劳分析的一般原理。

当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。

但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即Steinberg 提出的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图 1 所示）：应力区间发生的时间68.3% 的时-1~+1间27.1% 的时-2~+2间4.33% 的时-3~+3间99.73%大于 3的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损伤。

汽车底盘车架设计中的材料疲劳分析在汽车底盘车架设计中，材料疲劳分析是一个非常重要的环节。

疲劳是指材料在受到交变载荷作用后，由于循环应力的累积导致材料发生破坏的现象。

而在汽车底盘车架上，由于长时间承受着各种道路条件下的载荷作用，材料的疲劳问题尤为突出。

为了确保汽车底盘车架的安全性和耐久性，对材料的疲劳行为进行分析是必要的。

疲劳分析的主要目的是预测材料在循环载荷下的寿命，并找出可能导致失效的主要因素。

在进行材料疲劳分析时，可以采用多种方法和工具。

首先，为了确定材料的疲劳性能，可以进行试验测试。

常用的试验方法包括S-N曲线试验、屈服试验和冲击试验。

通过这些试验，可以获取到不同应力水平下材料的寿命数据，从而对材料的疲劳性能进行评估和比较。

其次，在计算疲劳寿命时，需要考虑到材料的强度和应变的作用。

通常，可以采用疲劳强度估计方法来评估材料的寿命。

其中，常用的方法有正常应力分析法和奥兰鲍姆邻应力法。

这些方法主要是基于概率统计理论，通过考虑载荷历史和应力集中因素来估计材料的疲劳寿命。

同时，为了更准确地评估材料的疲劳行为，还需要考虑到材料的应力情况和应力集中因素。

底盘车架在实际使用时，由于复杂的道路条件和车辆负荷，使得车架上的应力水平和应力集中情况较为复杂。

因此，在进行材料疲劳分析时，需要考虑到这些影响因素，并进行相应的计算和分析。

此外，在进行材料疲劳分析时，还需要考虑到材料的局部应力和应力历史。

在汽车底盘车架上，存在着大量的焊接接头和连接部位，这些部位往往是材料发生疲劳失效的主要位置。

因此，疲劳分析时需要将焊接接头和连接部位的应力情况考虑在内，并进行相应的计算和评估。

最后，在进行材料疲劳分析时，还需要考虑到材料的使用环境和工作条件。

汽车底盘车架在实际使用时，承受着复杂的道路条件和车辆负荷，这些因素将直接影响到材料的疲劳寿命。

因此，在进行材料疲劳分析时，需要考虑到这些因素，并进行相应的计算和分析。

总之，材料疲劳分析在汽车底盘车架设计中具有重要的意义。

随机振动疲劳分析流程Random vibration fatigue analysis is a critical process in engineering design and analysis. It involves predicting the life of a structure subjected to random vibrations, such as those experienced in vehicles, aircraft, and industrial machinery. This type of analysis is essential for ensuring the reliability and durability of components and systems under real-world operating conditions.随机振动疲劳分析是工程设计和分析中的一个关键步骤。

它涉及预测结构在随机振动下的寿命，例如车辆、飞机和工业机械中经历的振动。

这种分析对于确保组件和系统在实际运行条件下的可靠性和耐久性是至关重要的。

One of the main challenges in random vibration fatigue analysis is the uncertainty in the input loads. Unlike deterministic loading, which is well-defined and repeatable, random vibrations have unpredictable characteristics that make it difficult to accurately predict the fatigue life of a structure. This uncertainty requires the use of probabilistic methods and statistical tools to assess the effects of random loading on the structural integrity.随机振动疲劳分析中的主要挑战之一是输入载荷的不确定性。

随机振动疲劳分析的某商用车悬挂件改进设计随机振动疲劳分析的某商用车悬挂件改进设计摘要：本文通过对某商用车悬挂件进行随机振动疲劳分析，发现其存在易损零部件的问题。

为此，对其进行改进设计，采用新材料和复合结构的方式，提高了悬挂件整体的稳定性和耐久性。

经过实际测试和使用验证，改进后的悬挂件性能得到了显著提升。

关键词：随机振动疲劳、悬挂件、改进设计、材料、复合结构1.引言商用车的悬挂件是保障车辆正常行驶和提高乘坐舒适度的重要部件之一。

在长时间使用过程中，其中易损的零部件容易发生疲劳断裂，导致车辆出现故障。

因此，对悬挂件的随机振动疲劳进行分析，并进行改进设计，对提高商用车的可靠性和安全性具有重要意义。

2.分析对某商用车悬挂件进行随机振动疲劳分析，得到如下结论：（1）悬挂件整体刚度不够，容易发生弯曲和变形；（2）悬挂件易损零部件存在疲劳断裂的风险；（3）过度磨损和冲击会损坏悬挂件和密封件。

根据分析结果，对悬挂件进行改进设计，主要如下：（1）采用新材料，提高整体刚度，避免弯曲和变形；（2）采用复合结构，增强悬挂件的强度；（3）重新设计关键部位，减少易损零部件的使用。

3.实施经过改进设计，新悬挂件在新材料和复合结构的支持下，具有更好的耐久性和稳定性。

此外，为了验证改进后的悬挂件的性能，进行了实际测试和使用验证。

测试结果表明，在相同的工况下，改进后的悬挂件相比原悬挂件具有更好的抗疲劳和抗震性能，而易损零部件的使用也得到了有效的控制。

在商用车长期使用中，改进后的悬挂件稳定可靠，有效延长了商用车的使用寿命。

4.总结通过对某商用车悬挂件的随机振动疲劳分析，本文得出了改进设计的方案，并通过实施验证证明了改进后的悬挂件性能得到了明显提升。

改进后的悬挂件可在商用车使用中具有更好的可靠性和安全性，有利于商用车的长期稳定运行。

5.改进设计的意义针对商用车悬挂件易损零部件的问题，本文设计了一种新型悬挂件。

通过采用新材料和复合结构的方式，大大提高了悬挂件整体的稳定性和耐久性。

ｓ 。 。 （ 伪 ） ｓ 。 ）
；
目前 ，疲 劳 寿 命 分 析 按 照 载 荷 处 理 方 式 的 不
同 可 以 区 分 为静 态 与 动 态 ，也 可 以分 别 在 时 域 和 频 域 中 进 行 应 力 应 变 响 应 的 分 析 。 时 域 的 静 态
法 是传统 的疲劳 分析方法，它是在车身结构上首 先 进 行 单 位 载 荷 的 应 力 应变 分 析 ，之 后将 各 个 单
式 中｛ ｘ （ ｔ ） ） 为位移 向量 ，［ Ｍ］ 、［ Ｃ ］ 、［ Ｋ ］ 分别 为质量、阻尼、刚度矩阵， （ ｔ ） ｝ 为载荷向量。 但 是 当 我们 要 进 行 振 动 疲 劳 分 析 时 ，就 需 要 对载荷形式进行转换了，振动疲劳分析 中将 （ ｔ ） ）
载 荷 向量进 行 傅里 叶转 换生 成功 率谱 密度 矩 阵 ：
位 载 荷 的应 力 应 变 结果 和 相 应 的 时 间 历程 进 行 叠 加 ，来 代 替 实 际载 荷 的应 力 应 变 结果 ，可 以 看 出 这 种 方 法 所 反 映 的应 力 应 变 结 果 一 直 是 静 力 状 态
ｓ 。 ） ｓ ）
；
Ｉ ｓ ） ］ ～ ｓ 。 ）
下 的 结 果 ， 当已 经 明确 知 道 载 荷 远 离 结 构 固有 频 率 的 情 况 下 是 可 以得 到 近 似 的 结 果 的 ，但 是 在 未 知 随机 载 荷 或 者 是 载 荷 频 率 接 近 固 有 频 率 时 静 态
法 就 偏 差较 大 了 。动 态 的 频 域 法 相 对静 态 的 时 域
Ｘｌ ＮＧ Ｚｈ ｉ ． ｗｅ ｉ ， ＨＵｌ Ｙ ａｎ ． ｂ ｏ， Ｆ ＥＮＧ Ｌ ａｎ ． ｆ ａｎ ｇ， Ｗｒ ＡＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ ． ｘ ｉ ａ ， ＸＩ Ａ Ｚｈ ａ ｏ － ｙ ｉ

AUTO TIME 43
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表 1 6061-T6 实测材料属性
名称 6061-T6
杨氏模量 (GPa) 68.9
泊松比 0.33
密度 (kg/m3) 2750
图 1 分析模型
简化处理如下： 1）将氢瓶简化为质量点，作用在氢瓶安
装支座上面，简化氢瓶固定带安装结构。 2）忽略非支撑结构，如氢瓶阀等供气零
部件。 3）取消非受力部分的圆角。 单元边长 3-5mm, 网格数量 174760，节
点数量 174947, 划分网格后模型见图 2。
图 2 有限元模型
氢瓶固定板
规定非比例延伸强度 (MPa) 抗拉强度 (MPa)
277
319
图 4 Mode 1=12.15
图 3 6061-T6 铝合金应力应变曲线
400
300
真实应力/MPa
200
100
0
0.00
0.02
0.04
0.06
0.函数（PSD）可用于表示频
域信号表征的随机激励载荷。随机激励下的
关键词：氢系统框架；随机振动；结构优化；疲劳寿命
1 前言
随着国家可持续发展战略目标的提出， 环境友好和低碳排放理念在各个行业的不断 深入，同时最近几年氢能等绿色能源与氢燃 料电池汽车也得到了前所未有的较快发展。 目前国内的燃料电池汽车储氢压力以 35MPa 为主 [1]。如果采用 70MPa 储氢压力可在同等 容积下大幅度提升储氢量和续航里程。对于 布置空间有限的乘用车而言，70MPa 轻质车 载氢系统的应用具有很高的科研价值和广阔 的市场前景。

拟。轮胎各部分的材料属性见文献［８］。 轮胎的有限元分析属于非线性分析包括大变形效应，
对单元形状要求很高，坏的单元形状会影响求解的收敛，
此外单元的疏密对求解规模有很大的影响。为控制网格 划分的密度与质量，本文使用自制的程序从眙中绘制轮
胎断面的数字化轮廓。然后采用自底向上建模技术生成 面并对断面使用非求解单元ＭＥｓＨ２００（ＫＥＹ０明（１）＝６） 进行网格预划分后，使用Ｅｘｔｍｄｅ命令旋转得到比较规则 的整胎网格模型。
质量，还需要对一些部位过小 的尖角进行合适的处理。处
理后所得的几何模型如图６
所示。
材料的非线性和多样性
是轮胎的主要非线性特征之
一，在有限元模型使用何种单
图６简化轮胎模型
元类型和材料模型来模拟轮胎各部分的材料，因分析问题
的侧重点不同而异。为考虑橡胶材料的超弹性和各向异
性。本文轮胎胎面、胎侧和三角胶部分采用Ｈｙｐｅｒ８６超弹
该型客车的悬架系
统装配关系如图２所示，
从图中可以清楚地看出阻
尼器和空气弹簧的装配关
系。图３为该车所采用的
空气弹簧的承载特性曲
线。图４和图５分别为其
阻尼器的压缩工况和拉伸
图２悬架装配关系
工况的承载曲线。
，
为了能达到较好的模
ｆ
拟效果，本文采用非线性
蛳
弹簧单元Ｃｏｍｂｉｎ３９模拟 空气弹簧，使用只拉或只 ９ ｍ
压杆单元Ｌｉｎｋｌ０分别模 垂直载荷一蝇一 ６ 叭
ｌ
，
｝ ，
拟阻尼的两种承载特性。
７ ７
Ｃｏｍｂｉｎ３９单元是由载荷 和变形表描述的单轴非线
／
／ ／／
性弹簧单元，能用于任何 分析，该单元具有从一维

客车骨架结构的随机振动疲劳分析马瑞雪;王欣;张科峰【摘要】运用ANSYS对客车骨架进行随机振动分析,获得结构随机振动响应过程的各种统计参数.并利用随机振动得到的响应参数,按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程进行了介绍.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】4页(P54-56,59)【关键词】ANSYS;随机振动;谱分析;疲劳寿命【作者】马瑞雪;王欣;张科峰【作者单位】重庆车辆检测研究院,国家客车质量监督检验中心,重庆,401122;重庆车辆检测研究院,国家客车质量监督检验中心,重庆,401122;重庆车辆检测研究院,国家客车质量监督检验中心,重庆,401122【正文语种】中文【中图分类】U4921 前言客车在行驶中，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高江达到一定工作时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。

因此，预测结构的随机疲劳寿命非常有必要。

由于车辆的真实行使工况千变万化，实际工况的准确确定几乎是不可能的。

目前只能根据统计典型工况来确定。

笔者测试得到的数据为匀速工况的位移及时间历程数据，是一个连续的受多种因素影响的随机过程。

对这类过程，目前做法是通过对某一段实际工况的测试结果进行加工后，用等效的试验载荷谱进行加载试验，以避免疲劳试验的周期过长和费用过多。

2 随机载荷的处理获得路面谱的方法有很多种，笔者采用的是实际测量路面的数据。

路面谱测量数据能够确切的描述路面不平度的基本形式和路面总体特征。

由于客车的工作的范围比较广，随机激励也很复杂，GB7031－86 根据路面不平度系数G q(n0)大小将路面分为A ～H 共8 级路面类型。

本文测量的路面环境为客车匀速工况下行驶在C 级路面上。

根据测得的时间和位移数据如图1 所示。

通过Matlab 中的FFT 算法对每个数据段作离散傅里叶变换，取一个数据段变换结果幅值的平方，并除以NFFT 作为功率谱密度函数的一次估计。