基于MSC_Fatigue的汽车开闭件slam疲劳分析

摘要：疲劳破坏是构造重要失效形式，疲劳失效研究在构造安全分析中扮演着举足轻重角色。

因而构造疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究重要内容之一。

机车车辆构造疲劳设计必要服从一定疲劳机理,并在系统构造可靠性安全设计中考虑复合疲劳设计技术应用。

国内机车车辆重要构造部件疲劳寿命评估和分析采用复合疲劳设计技术，国外从疲劳寿命理论计算和疲劳实验两个方面在疲劳研究和应用领域有诸多新发展理论办法和技术手段。

无论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳研究，对疲劳问题研究贡献颇多。

核心词：疲劳 UIC原则疲劳载荷 IIW原则 S-N曲线机车车辆一、国内外轨道车辆疲劳研究现状6月30日15时，备受关注京沪高铁正式开通运营。

作为新中华人民共和国成立以来一次建设里程最长、投资最大、原则最高高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。

京沪高铁开通，不但乘客可以享有到便捷与实惠，沿线都市也需面对高铁带来机遇和挑战。

在享有这些待遇同步，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆安全性绝对不容忽视。

依照机车车辆当代设计办法，对构造在规定做到尽量轻量化同步，也规定具备高度可靠性和足够安全性。

这两者之间经常浮现矛盾，因而，如何精确研究其核心构造部件在运营中使用寿命以及如何进行构造抗疲劳设计是构造强度寿命预测领域研究中前沿课题。

在随机动载作用下构造疲劳设计更是成为当前机车车辆构造疲劳设计研究重点，而如何预测核心构造和部件疲劳寿命又是将来机车车辆构造疲劳设计重要发展方向之一。

机车车辆承受外部载荷大某些是随时间而变化循环随机载荷。

在这种随机动载荷作用下，机车车辆许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后构造破坏形式经常是疲劳裂纹萌生和最后构造断裂破坏。

随着国内铁路运营速度不断提高，某些核心构造部件，如转向架构架、牵引拉杆等都浮现了某些断裂事故。

因而，机车车辆构造疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期必要过程之一，而通过有效计算办法预测构造疲劳寿命是构造设计重要目的。

第14卷第3期2007年6月工程设计学报Journal of Engineering DesignVol.14No.3Jun.2007收稿日期:2007-01-22.作者简介:高　晶(1982-),男,河北邯郸人,硕士生,从事产品疲劳寿命预测研究,E-mail:g aojing05@mails.tsing .cn .基于MSC .Fatigue 的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估高　晶1,宋　健1,张步良2,冯喜成2(1.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;2.东风车桥有限公司产品研发中心,湖北十堰442051)摘　要:运用三维造型软件Pr o /Eng ineer Wildfir e2.0建立某型商用车驱动桥后桥壳的实体模型.依据有限元基本理论,进一步建立该桥壳的有限元模型,并在通用有限元分析系统M SC.Na st ran 中进行有限元应力分析.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M SC .F atigue 对该桥壳进行全寿命分析,得到桥壳整体的疲劳寿命分布和危险点的寿命值.通过与台架疲劳试验的桥壳失效情况相对比,预估结果与试验结果一致.而后对在试验中发生破坏的桥壳进行疲劳断口的微观分析.最终在试验与仿真分析结果的基础上提出对该型桥壳生产的改进方案.关键词:驱动桥壳;有限元方法;疲劳寿命预估;断口分析中图分类号:T H16 文献标识码:A 文章编号:1006-754X (2007)03-0210-05Prediction on fatigue life of vehicle 's driving axlehouse based on MSC .FatigueGAO Jing 1,SONG Jian 1,ZHA NG Bu -liang 2,FENG Xi -cheng2(1.Stat e Key L abo r ator y o f A ut omo tiv e Safety and Ener gy ,T singhua U niv ersit y,Beijing 100084,China ;2.Research &D evelopment Cent er,Dong feng A xle L imited Co mpany ,Shiy an 442051,China)Abstract :The solid model of a com mercial vehicle's driv ing ax le house w as established w ith Pr o/Eng ineer Wildfire 2.0.Accor ding to FEM theory ,the finite element mo del o f this ax le house is set up and its str ess analysis is perform ed by FEA softw are MSC.Nastr an.Based o n the r esult of stress analysis,by adopting effectiv e fatig ue lifespan prediction method,lifecy cle analy sis of axle house is co nducted by MSC .Fatig ue ,a pr ofessional fatigue analysis sy stem and then fatigue lifes-pan distributio n o f the w ho le axle house body and the lifespan value of mo st dangerous points are obtained.By comparing the failure position and fatigue life of the ax le house in the rig test,the results show that the predictio n result is the same as the o ne o btained from experim ents.T hen,the fracture surface of specim ens w hich brought o n fatigue invalidation in rig test is investigated w ith scanning electron micro scopy (SEM ).Finally ,on the basis o f the results got fr om sim ula-tio n calculation and r ig test,the m odified design of ax le house is presented.Key words :driving ax le house ;finite elem ent m ethod (FEM );fatigue life prediction ;fracture surface analysis 疲劳破坏是工程结构和机械失效的主要原因之一,引起疲劳失效的交变载荷的峰值往往远低于静态断裂分析估算出来的“安全”载荷[1].因此,承受交变载荷的零部件的疲劳强度和寿命预测是汽车生产企业迫切需要解决的问题.作为底盘最重要的承载部件,汽车驱动桥壳在使用过程中承受不同程度和不同工况的交变载荷,极易产生微观的裂纹并进一步扩展而形成宏观的裂纹,造成失效.作者通过对某型驱动桥壳使用情况的调研和多次台架试验,确定疲劳损伤是该型桥壳的主要损伤方式.本文基于企业提供的工程图纸,在三维造型软件Pro /Eng ineer 中建立桥壳的三维实体模型.依据桥壳台架试验,利用M SC.Nastran 进行桥壳的有限元静强度分析,基于有限元的分析结果,在专业疲劳分析设计工具M SC .Fatigue 中进行桥壳的疲劳寿命分析.最后,对在试验中发生破坏的桥壳进行断口微观分析,从微观的角度分析裂纹萌生的原因.1　全寿命分析的基本原理全寿命分析以材料或零件的S —N 曲线为基础,对照试件或结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力,结合疲劳累计损伤理论,校核疲劳强度或计算疲劳寿命,适用于高周疲劳区[2].其基本分析过程为:(1)对应力信号进行峰谷抽取.(2)用雨流计数技术对峰谷信号进行循环计数,获取循环直方(频次)图.(3)根据应力集中系数、表面加工处理状况以及其他因素修正S —N 曲线.(4)根据平均应力计算等效应力幅.(5)通过S —N 曲线计算损伤,获取损伤直方图.(6)使用Palm gren -M iner 法则计算疲劳寿命.对基于强度分析得到的弹性应力谱,采用雨流计数之后,用Palmg ren -M iner 线性累积损伤理论来进行损伤和寿命的计算.该理论假定:材料在各个应力水平下的疲劳损伤是独立进行的,总损伤可以线性叠加,即∑Di=∑n iN i ,f≥1,∑N =1∑D i ,(1)式(1)中,D i ——每级载荷下产生的损伤;n i ——每级载荷的循环次数;N i ,f ——每级载荷对应的疲劳极限次数;∑N ——总寿命.2　桥壳模型的建立和强度分析2.1　桥壳模型的建立依据企业提供的工程图纸,在三维造型软件Pro /Eng ineer 中建立桥壳的三维实体模型,如图1所示.图1　驱动桥壳的三维实体模型Fig .1　T he so lid mo del of t he dr iving ax le ho use所建立的模型简化了原有桥壳的某些细节特征,以提高随后有限元前后处理和求解的效率.简化模型的一般原则是在保证原有结构力学性能不发生改变的前提下,对于非关键区域的特征以及通过试算而获得的分析对象的整体应力场分布中应力水平较低的部件,可以予以忽略.将建立好的桥壳实体模型导入有限元前后处理仿真分析系统M SC.Patran 中进行网格划分.利用M SC.Patran 的分组功能,依次划分每个零部件,对于装配在一起的2个或多个零件,可以通过设置M SC.Patran 的装配参数,自动调整相互装配零件在接触面上的网格以使其保持一致.网格模型采用四节点四面体单元,并依据在强度试验中应变片的粘贴位置,在模型相应的位置设置10个硬点,其中6个位于桥壳本体与后盖装配一侧的内侧圆环上,剩余4个位于弹簧座加载点的两侧,以方便计算结果与试验结果的对比.最终共划分网格204232个,节点51997个[3].桥壳的网格模型如图2所示.图2　驱动桥壳的有限元网格模型Fig.2　T he finite element model o f t he driving ax leho use2.2　桥壳模型材料参数的设定和加载模型建立完成后,向模型中各零件的单元设定材料参数和物理特性.桥壳各零件所用材料及其力学性能参数如表1所示.表1　驱动桥壳各零部件材料参数T able 1　T he paramet ers of a ll par ts'mater ial零部件名称材料牌号弹性模量/M P a 泊松比屈服极限/M P a 桥壳本体、三角板16M nL 218.90.247398后盖、加强圈、衬环Q 235217.80.222250半轴套管402090.274816.9板簧座Z G230-4502110.311366.3减速器壳Q T 450-101690.257393.5以上材料中,16M nL 和Q235的使用量大,为提高仿真计算精度,这2种材料的参数通过标准拉伸试验获得,其他材料的参数通过查标准手册获得.・211・　第3期高　晶,等:基于M SC .Fat ig ue 的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估参照标准Q C -T 533—1999《汽车驱动桥台架试验方法》中桥壳静强度台架实验的说明[4],并结合台架实验工况,进行静强度计算.本模型可简化为两点约束、两点加载的计算工况,在建立好的桥壳有限元网格模型上施加约束定义.载荷定义为满载13t ,均匀分配施加在2个板簧座上表面上.约束和载荷的定义参见图2.2.3　仿真计算结果及其与试验结果的对比仿真计算得到的桥壳应力分布云图如图3所示.图3　驱动桥壳满载下的应力分布云图F ig .3　T he str ess distr ibutio n of the ax le ho use w ithfull load由图3可见,在13t 满载作用下,桥壳所受最大等效应力值为110.80M Pa ,发生于桥壳本体与板簧座连接处,远低于桥壳本体材料的屈服极限398M Pa,说明该桥壳的静强度指标是完全合格的.其他较高应力区主要分布于桥壳本体上的圆弧过渡区和半轴套管上的支撑约束及阶梯轴直径过渡区.在静强度试验中已经利用矩形应变片测得桥壳本体上10个测点的应变值,通过计算可以得到这10个测点的等效应力值.提取有限元模型上所设定的10个硬点的Vo n M ises 应力值与试验测得的数据相比较,结果如表2所示.表2　仿真计算与试验测试结果对比T able 2　Co mpar iso n o f the results betw een test and calcu-latio n 节点号仿真计算结果/M P a 试验测试结果/M Pa误差值/%1090370.6284.6116.5341303469.8978.210.6271438766.3466.07-0.4091121150.7746.95-8.1362599913.7513.21-4.0882780110.879.399-15.651269557.258.53315.036198137.25 6.715-7.96721556 6.57 5.967-10.106由表2的对比情况可知,仿真计算结果与试验结果之间的误差较小,70%的数据误差值在10%左右或以下,最大的误差值也仅为16.534%.考虑到应变片测量位置的精度、桥壳焊接残余应力以及应变片粘贴情况的影响等,可以认为该模型的仿真计算结果是可信的.3　驱动桥壳的疲劳寿命预估3.1　桥壳本体材料应力—寿命曲线的测试应力—寿命曲线即S —N 曲线,是在控制应力的条件下得到的破坏寿命与应力幅值之间的关系曲线,其对于估算部件的疲劳寿命是至关重要的,适用于高周疲劳问题.本文研究对象桥壳的本体材料为16M nL,在试验中采用成组法进行其S —N 曲线的测试工作.对测试获取的原始测点的应力和寿命数据进行双对数坐标下的线性拟合,得到如图4所示的直线.对通过试验测得的拟合直线进行分析,计算其纵轴截距及斜率分别为:SRI =2550.657MPa ,b 1=-0.17.利用这2个参数,在M SC .Fatigue 软件中进行自定义16M nL 的S —N 曲线如图5所示.图4　16MnL 疲劳试验测点数据及拟合直线Fig.4　T he fatig ue capability test's data and cur ve o fmater ial 16M nL图5　16MnL 材料的S —N 曲线Fig.5　T he S —N cur ve o f mater ial 16M nL・212・工　程　设　计　学　报第14卷3.2　驱动桥壳的疲劳分析和结果对比定义好材料的S —N 曲线之后需要进一步定义桥壳承受的循环载荷.循环加载方式与台架试验加载方式相同,即在板簧座处施加频率为11Hz 的正弦波加载,最大载荷为满载的2.5倍,最小载荷取最大载荷的10%.在M SC.Fatigue 中,通过读取桥壳的有限元静强度分析结果,定义材料S —N 曲线和循环加载工况之后,即可进行桥壳疲劳寿命的评估计算.运算得到的桥壳危险部位的疲劳寿命分布云图与试验失效部位对比如图6所示.图6　计算结果与试验结果损伤部位的对比F ig.6　Compar ison o f t he da maged po sitio n betw eentest and calculation表3给出了计算出来的前10个危险点部位的寿命值.表3　计算所得的危险点的寿命值T able 3　T he life repeats of t he danger ous points节点号寿命/次48520 4.457E62629 4.783E 63787 6.141E648517 6.141E 627687.984E6489437.984E 6501167.984E626288.56E 627698.56E6481118.56E 6从表3的结果可见,在满载13t 对应的循环载荷作用下,桥壳的疲劳估算寿命为446万次,疲劳危险部位分布于半轴套管的2处阶梯轴的下表面应力集中处和三角板与桥壳本体焊接处,与疲劳试验结果吻合得很好.4　疲劳断口的微观分析由于金属材料本身的冶金因素和产品制造特定的工艺因素以及焊件设计所构成的结构因素等的综合作用,特别是当焊接接头具有复杂的几何形状,应力集中程度高,应力状态恶劣时,焊接与其他热加工工艺相比,是一种最容易出现缺陷的工艺.这些缺陷往往是工件(尤其是承受交变载荷的工件)断裂或萌生裂纹导致断裂的根源[5].本文对桥壳台架疲劳实验中出现的2处主要裂纹断口进行断口金属微观组织和焊接缺陷分析,一处是三角板与桥壳本体之间焊缝自由端的焊趾区域,另一处是后盖与桥壳本体连接顶部的焊缝区域.在焊缝横断面进行线切割和磨、抛、腐蚀制样,采用电子扫描图像仪(Ax iovert 200M AT)在断面上获取大量信息图片.通过对各区域的组织形貌图进行详细描述并加以分析,能为焊缝的焊接质量评估提供有力依据,为焊接工艺的调整和改进提供有效参考.对原始断口进行电镜扫描可见,断口呈现出明显的韧窝和撕裂特征,还可观察到垂直方向的微裂纹.进一步观察可见,该区域焊缝金属与基体间局部存在未焊合现象,从缝隙和缝隙中存在的夹杂物可见这一点,如图7所示.图7　焊缝与基体的未熔合现象及夹杂物Fig.7　T he flaw bet ween seams weld and base另外可得到一个完整的焊接残留缺陷及其以裂纹的形式扩展的情况,并且在焊接组织中可见气孔等缺陷的存在,如图8所示.采用能谱仪对焊缝处金属成分进行标定,发现焊缝金属含铝、硅元素,如图9所示.母体金属中不存在铝、硅元素,表明在焊条中加入了铝、硅脱氧剂成分,在焊接过程中,铝、硅元素进入焊缝金属熔体中.・213・　第3期高　晶,等:基于M SC .Fat ig ue 的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估图8　焊缝残留缺陷与裂纹扩展F ig .8　Seam w eld's r esidual flaw andcrack图9　焊缝金属元素分析F ig.9　T he metal element analy sis of the seam w eld5　结　论通过有限元虚拟仿真计算和台架物理样机试验的结果可以看出,本文所分析桥壳的各项性能指标(包括静强度和疲劳强度)都是符合强度安全和相关行业标准规范的,且有一定的裕度,能保证工作中的正常使用.驱动桥壳焊接部位的疲劳强度主要取决于焊接过程、焊条种类、焊接水平、焊后热处理和焊缝的最后形状.对于本文研究对象这一典型的焊接结构,在后续研发过程中,为在不降低其各性能指标的前提下,实现减重、降耗的目的,对焊接工艺和焊接质量控制是需首要解决的问题.这是因为从文中断口电镜分析的结果来看,尤其是三角板处的手工焊缝的质量还存在较大的隐患.三角板的布置形式和位置将是后期产品优化改型需要首先考虑的,因为从静强度分析的结果来看,三角板的2个自由端恰好布置在桥壳本体大圆周上应力水平相对较高的区域,且上半部分略高于下半部分,这样即使该处应力在整体桥壳结构中不是最高的,但由于其他高应力区结构完整,而三角板处是通过手工焊接工艺进行连接的,焊接质量的不稳定将很容易导致失效从那里发生.台架疲劳试验中出现的失效部位也能验证这点.参考文献:[1]周传月,郑红霞,罗慧强.M SC .F atig ue 疲劳分析应用与实例[M ].北京:科学出版社,2005.ZHO U Chuan-y ue,ZHEN G Ho ng -x ia,L U O Hui-qiang.M SC.F atig ue analysis and applicatio n ex amples [M ].Beijing :Science Pr ess ,2005.[2]陈传尧.疲劳与断裂[M ].武汉:华中科技大学出版社,2002.CHEN Chuan -y ao .Fat ig ue and fractur e [M ].W uhan :Huazho ng U niv ersit y of Science and T echno lo -gy Pr ess,2002.[3]刘兵山,黄　聪.Pat ran 从入门到精通[M ].北京:中国水利水电出版社,2003.L IU Bing -sha n ,HU A N G Cong .P atr an fr om acci-dence to familiar ity [M ].Beijing:China Wat er Co nser -vancy a nd Electr ic Po w er P ress,2003.[4]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册・试验篇[M ].北京:人民交通出版社,2001.“V ehicle Engineer ing N o tebook ”Edit or Co mmitt ee.Vehicle engineer ing noteboo k ・Ex perim ent [M ].Bei-jing :China Communicatio ns Pr ess ,2001.[5]朱　涛,高　峰,张步良,等.汽车结构中焊缝疲劳寿命预估[J].汽车技术,2006(10):37-40.ZHU T ao ,G AO Feng ,ZHA NG Bu-liang ,et al.Pr e-diction o n fatigue life of seam w elds o f autom otive st ructure [J].V ehicle T echnolog y,2006(10):37-40.・214・工　程　设　计　学　报第14卷。

第三章疲劳载荷谱的统计处理3.1 疲劳载荷谱的统计处理理论基础3.1.1 数字化滤波频率分析的典型参量是功率谱密度（PSD），如像确定频率为4Hz对应的幅值的均方根值，只需要求取功率谱密度下对应的3.5-4Hz之间的面积。

3.1.2 雨流计数法循环计数法：将不规则的随机载荷-时间历程，转化为一系列循环的方法。

3.2 数据的导入与显示（1）新建：File>New（2）导入：Tools>Fatigue Utilities>File Conversion Utilities>Covert ASCII.dac to Binary...>Single Channel（设置，注意Header Lines to skip要跳过的行数）>exit（3）查看：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Quick Look Display1）放大：View>Window X，输入X的最值2）读取：①左击任何位置，状态栏显示②数据轨迹：Display>Track3）显示数据点：Display>Join Points；显示实线图：Display>Join4）网格和可选坐标轴：Axes>Axes Type/Grid5）显示某段时间信号的统计信息：Display>Wstats，放大3.3 数字滤波去除电压干扰信号（1）载荷时间历程的PSD分析1）File>New2）Tools>Fatigue Utilities>Advanced Load Utilities>Auto Spectral density（2）信号的滤波1）Tools>Fatigue Utilites>Advanced Load Utilities>Fast Fourier Filtering2）比较滤波前后结果：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Multi-file Display（3）滤波稳定性检查：比较前后PSD，多文件叠加显示第四章应力疲劳分析4.2 载荷谱块的创建与疲劳寿命计算（1）创建载荷谱块：Tools>Fatigur Utility>Load Management>Add an Entry>Block program （2）疲劳分析：Tools>Fatigue Utilities>Advanced fatigue utilities>选方法4.3 零部件疲劳分析（1）导入有限元模型及应力结果：工具栏Import>Action、Object、Method，查看Results （2）疲劳分析1）设置疲劳分析方法：工具栏Analysis，设置2）设置疲劳载荷①创建载荷时间历程文件Loading info>Time History Manager②将有限元分析工况与时间载荷关联：Loading Info>Load case空白>Get/Filte result...3）设置材料的疲劳特性：Material info>Materials Database Manager>create...4）求解：Solution Params5）疲劳分析：Job Control6）查看寿命结果云图：Import Fatigue Result...>Action:Read results>工具栏Results查看7）寿命列表显示：Import Fatigue Result...>Action:List Results...>most damaged nodes （3）优化设计：Import Fatigue Results...>Action:Optimize....1）参数优化：Parameter optimization>Scaling factor>Recalculate2）材料优化：Material Optimization...>Recalculate3）灵敏度分析：Sensitivity analysis>Scaling factor比例因子....4）灵敏度分析结果：results Display>Sensitivity plot第五章应变疲劳分析5.2 考虑残余应力的应变疲劳分析（1）导入有限元模型和应力分析结果（2）先不考虑残余应力的疲劳分析（3）考虑残余应力的疲劳分析1）设置疲劳分析方法：保留Material Info和Solution Params...的设置2）定义残余应力：Loading Info..>Static Load Case:2，单击enter。

3　Ba nnantine J A ,Co mer J J ,Handrock J L .Fundamentals o f M etal Fa tig ue Ana ly -sis.Pretice Hall,1990.4　鲍万年.机械强度有限寿命设计专家工作站配置的疲劳寿命预测和局部应变法.中国机械工程,1997,8(3):25～275　nCode Internatio na l Limited.The n Code Boo k o f Fa-tig ue Theo ry ,1997.6　林晓斌,Hey es P J .多轴疲劳寿命工程预测方法.中国机械工程,1998,9(11):20～237　Halfpenny A ,林晓斌.基于功率谱密度信号的疲劳寿命估计.中国机械工程,1998,9(11):16～198　Austen I M ,林晓斌.加速疲劳试验的疲劳编辑技术.中国机械工程,1998,9(11):27～309　Ensor D F ,林晓斌.关联用户用途的试车技术.中国机械工程,1998,9(11):24～28林晓斌　男,1963年生。

英国n Cod e 国际有限公司高级疲劳工程师、英国Sheffield 大学客座研究员。

1978～1990年在浙江大学学习工作,主要从事压力容器的安全性研究。

1994年获英国Sh effield 大学博士学位,接着做了近两年的博士后研究,在疲劳裂纹形状扩展研究领域取得了国际性领先成果。

1996年加入nCode,从事疲劳新技术的开发研究,已开发了多轴疲劳寿命分析工具。

当前的研究包括多轴疲劳、热机疲劳、疲劳裂纹形状扩展模拟、压力容器及管道的疲劳断裂等。

发表论文40篇。

基于有限元的疲劳设计分析系统M SC /FA TIGU EPete r J .Heyes 博士Peter J .Heyes 林晓斌译 摘要　简单描述了基于有限元分析结果进行疲劳寿命分析的思路,着重介绍了根据时域载荷输入计算构件内各点弹性应力应变响应的各种方法,以及从弹性应力应变结果近似计算弹塑性应力应变历史,并考虑多轴影响的各种途径;简单介绍了几种包含在M SC /FATIGUE 中的疲劳寿命计算方法及其各自的特点;总结了M SC /FA TIGU E 系统的功能和特点,并给出了一个转向节疲劳分析例子。

基于MSCFATIGUE的轿车车门结构疲劳耐久分析作者：肖志金夏汤忠刘盼摘要：以某型轿车车门为例，建立了前侧门系统的有限元模型，施加了边界条件以模拟实际工况，并采用ABAQUS 求解器计算获得了应力时间历程。

利用Miner 损伤累积准则，在MSC.FATIGUE 软件中对车门的疲劳寿命进行仿真分析，估算了车门在100000 次开关闭循环后的累计损伤值，并提出了改进方案。

计算结果显示危险区域与实车试验一致。

关键词：MSC.FATIGUE 车门疲劳损伤1 引言车门作为轿车车身中十分重要的功能部件，具有隔绝车外噪声，缓冲来自外部的冲击的作用，其疲劳寿命直接关系到轿车的经济性和舒适性。

如果能在设计的早期预测结构的疲劳寿命，可以减少试验次数，降低费用，缩短产品开发周期，提高产品的质量。

因此在车门设计的早期阶段，利用计算机仿真模拟，对疲劳寿命进行，有针对性的进行设计的改进，具有较大的现实意义。

以某型轿车前侧门为例，采用MSC.FATIGUE 求解器，对前侧门结构的疲劳寿命进行了分析，识别了危险区域并提出了改进意见。

2 汽车前侧门有限元模型的建立2.1 前侧门网格模型将前侧门各零件和与其相关联的车身环境件的三维模型导入到有限元前处理软件HYPERMESH 中，采用壳单元进行网格划分，基本网格尺寸为5mm。

玻璃及门窗附件简化为集中质量施加在各质心处。

门锁、门铰链和玻璃升降器电机都采用六面体单元建模。

焊点利用B31 单元模拟，采用MPC 单元模拟门铰链上的旋转副。

根据实际情况定义材料属性和接触关系。

生成的有限元模型单元数量为318555，节点数量为290757，局部模型如图1 所示。

图1 前侧门总成局部网格模型2.2 分析工况及边界条件在车身环境件上加全约束，使车门开启4 度，并对车门施加1.46 弧度/s 的关闭角初速度（对应锁扣处的关闭线速度为1.5m/s）。

改变模型中玻璃安装位置，以分别模拟玻璃全关，半开和全开三个工况。

某副车架疲劳分析王成龙（上海汇众汽车制造有限公司）摘要:本文利用MSC.Nastran及MSC.Fatigue软件，针对某副车架在选装过程中出现的台架疲劳试验问题，进行应力及疲劳分析，提供了计算参考，使整车厂修改了规范，解决了公司的难题。

关键词:副车架应力分析疲劳分析Application of fatigue analysis in frame design(Shanghai HuiZhong Automotive Manufacture Co. Ltd 200122)Wang chenglongAbstract This paper applies MSC.Fatigue in computing the frame’s fatigue life, provides theory evidence, persuades auto company to change the load case, and resolves our company’s question.Keywords Frame Stress Analysis Fatigue Analysis1特点副车架是车辆底盘系统中的重要安全件，其承载发动机、变速器等动力单元，在车辆实际行驶过程中，副车架承受的载荷是极为复杂的，在设计中要求强度高、可靠性好。

相对于不断变换推陈出新的车身来讲，其底盘系统变化不多，所以就出现几种车型共用一种底盘平台的情况。

我们公司作为底盘系统供应商，经常出现许多车型共用一种相对稳定的底盘系统，而副车架作为重要的底盘结构件，常常形成一个系列来进行供货，这个过程同样适用于进口车型。

我们现在这个副车架分析课题就是来源于这样的背景，实际情况是将高级轿车的副车架稍作改动后将其选装在多功能商务车上，由于车型的改变，带来许多车辆参数发生了改变，台架试验规范比较难以规定，按照原有试验规范进行试验，出现了疲劳次数降低的情况，如果要改动副车架，如何改，如果不改，试验规范如何规定等等，这就是本文要解决的问题。