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某重型汽车驱动桥壳疲劳寿命分析摘要：本文研究了某重型汽车驱动桥壳的疲劳寿命分析问题。
通过有限元模拟和实验验证相结合的方法，对驱动桥壳的应力分布进行了分析，在此基础上建立了疲劳寿命预测模型，并对驱动桥壳的疲劳寿命进行了预测和分析。
研究结果表明，驱动桥壳的疲劳寿命主要受到载荷大小和工作时间的影响，合理的设计和使用能够有效延长驱动桥壳的使用寿命。
关键词：重型汽车、驱动桥壳、疲劳寿命、有限元模拟、预测模型正文：一、引言重型汽车驱动桥作为汽车的重要组成部分，其安全性、稳定性和寿命等方面的问题备受关注。
其中，驱动桥壳作为驱动桥中的重要部件，发挥着机械传动的作用，其疲劳寿命是影响驱动桥性能的关键因素之一。
因此，以疲劳寿命为指标进行设计和使用，具有重要实际意义。
二、有限元模拟本研究采用有限元模拟方法，对驱动桥壳的应力分布进行了分析。
首先，根据实际工况建立驱动桥壳的有限元模型，并进行初始应力计算；其次，考虑到工况的不确定性和复杂性，采用随机载荷的方法对驱动桥壳进行了多次加载，得到驱动桥壳在不同载荷下的应力分布；最后，基于应力分布和材料的力学参数，对驱动桥壳的疲劳寿命进行预测和分析。
三、实验验证为了验证有限元模拟的预测结果，本研究还进行了实验验证。
在实验中，采用疲劳试验机对驱动桥壳进行了多次加载，得到了驱动桥壳的疲劳寿命数据。
通过对比有限元模拟和实验结果，验证了模型的准确性和可靠性。
四、疲劳寿命预测模型本研究根据有限元模拟和实验结果，建立了驱动桥壳的疲劳寿命预测模型。
该模型考虑了载荷大小、工作时间、材料等因素的影响，可以对驱动桥壳的疲劳寿命进行准确预测和分析。
五、结论本研究对某重型汽车驱动桥壳的疲劳寿命进行了预测和分析。
通过有限元模拟和实验验证相结合的方法，建立了疲劳寿命预测模型，可以对驱动桥壳的疲劳寿命进行准确预测和分析。
研究结果表明，驱动桥壳的疲劳寿命主要受到载荷大小和工作时间的影响，合理的设计和使用能够有效延长驱动桥壳的使用寿命。
扭转梁后桥结构性能仿真及优化设计摘要：在汽车底盘设计过程中，为减小扭转梁后桥结构性能可能存在的设计风险，对扭力梁后桥进行了有限元结构性能仿真。
首先建立了扭转梁后桥有限元模型，并应用Abaqus对该扭转梁后桥在三种典型危险工况下进行了静态强度分析。
并应用MSC.Nastran和Ncode.Designlife对该后桥进行了疲劳寿命预测，并根据仿真结果提出有效的结构优化。
结果表明经过优化后的设计大大提高了后桥的强度和疲劳寿命。
关键词：扭转梁后桥有限元仿真强度疲劳寿命前言随着CAE仿真技术越来越先进准确，有限元仿真广泛应用于汽车设计开发中。
本文将应用有限元技术对正在开发中的扭转梁后桥进行强度和疲劳仿真分析，并基于仿真分析结果对该扭转梁后桥进行优化，为产品结构可靠性和将来试验提供有效的数据支持。
该扭转梁后桥总成由横梁、侧臂、弹簧支架、减震器支架、制动支架以及其他线束支架焊接而成。
当左右车轮产生上下方向的相对运动时，因为扭转梁有柔性，中间扭转梁将发挥作用生成一个相反方向的扭矩。
汽车在路面行驶时有各种复杂的路况，对于扭转梁后桥通过总结有如下三种最典型的危险工况：垂向冲击工况、紧急制动工况、转弯工况。
这三种典型危险工况是汽车扭转梁后桥在使用过程中受力最大的状态，所以分析后桥的结构强度和疲劳寿命也基于这三种工况下进行分析。
本文利用Hypermesh建立扭转梁后桥有限元模型，并应用Abaqus进行分析对典型危险工况进行静力学强度分析。
因为该后桥正在开发设计中，所以很难获取可靠的路谱作为疲劳寿命计算的输入，所以本文采用单工况法应用MSC.Nastran和Ncode.Designlife进行疲劳寿命预测，为该后桥的优化设计以及将来的台架试验提供依据。
1.有限元模型的建立1.1. 有限元网格及属性建立将CATIA 设计模型导入到Hypermesh里，对导入的模型要进行几何清理，从几何模型中抽取中面进行高质量的网格模型。
2004123基于有限元分析的轿车后桥疲劳寿命预测彭 为 靳晓雄 左曙光(同济大学汽车学院,上海 200092) [摘要] 利用实测道路载荷时间历程,结合后轿有限元模型和材料属性,用LMS FALANCS 软件来预测轿车后桥的疲劳寿命,其分析结果与道路试验结果基本一致。
叙词:耐久性,有限元模型,疲劳寿命,预测,仿真Fatigue Life Prediction of Car ’s Rear Axle Based on FEM AnalysisPeng Wei ,Jin Xiaoxiong &Zuo ShuguangA utomobile School ,Tongji U niversity ,S hanghai 200092 [Abstract] Based on the load history acquired by road test ,in combination with FiniteElement (FE )models of car ’s rear axle and material properties ,the fatigue life of car ’s rear axle is predicted by using LMS FALANCS.The analysis results coincide with the road test very well.K eyw ords :Durability ,Finite Element model ,F atigue life ,Predict ,Simulation 原稿收到日期为2003年11月10日,修改稿收到日期为2004年1月4日。
1 前言近年来,基于计算机辅助工程(CAE )的汽车零部件数字化寿命预测逐渐在世界各大汽车公司得到应用。
在许多情况下,分析人员可以预测疲劳危险点的位置,比较在给定的载荷下部件的不同设计造成疲劳寿命的差异。
纯电动车后轴的疲劳寿命预测分析方月娇; 章德发; 肖颐【期刊名称】《《南方农机》》【年(卷),期】2019(050)017【总页数】3页(P49-50,54)【关键词】后轴; 疲劳寿命; CAE分析; 台架试验【作者】方月娇; 章德发; 肖颐【作者单位】江西昌河汽车有限责任公司江西景德镇333002【正文语种】中文【中图分类】U463.30 引言近年来在各项产业政策的促进下，国内新能源汽车迅速发展[1]。
受制于动力电池价格的问题，纯电动汽车整体价格较高，A00级纯电动汽车具有整体尺寸较小、停车方便、费用低等优势，是大都市家庭购买第二辆车的首选。
五连杆式非独立悬架系统因结构简单、价格低及性能稳定在A00级纯电动车后悬架上得到广泛使用[2-3]。
后轴作为主要的承载件，用于装配制动器、轮胎轮辋总成，拖曳臂及后减振器等件，在不同工况下，后轴受到持续不断的不同振幅和频率激励，易产生疲劳损坏[4]。
后轴出现疲劳损坏后引起异响及振动噪声，严重时对正常行驶安全构成威胁。
新车型开发过程中，整车匹配下的零件强度及疲劳特性常依靠整车道路可靠性试验来进行考核，多轮整车道路可靠性试验明显减慢研发周期及增加研发费用[5]。
因此，在计算机仿真技术快速发展的今天，采用虚拟仿真对后轴进行强度和疲劳寿命预测分析具有重要意义，有利于节省研发费用和加快车型研发周期，快速应对市场需求。
针对纯电动车后轴开发需要，本文采用HyperWorks软件建立了纯电动车后轴建立疲劳寿命分析模型，确定了边界条件，并进行了疲劳寿命CAE分析，最后与台架试验结果对比，以验证疲劳寿命分析模型的正确性，为后轴设计提供一定参考。
1 模型建立后轴三维模型，主要包含芯轴、法兰、轴管、拖曳臂支架及弹簧座5部分，其物理参数如表1所示。
采用HyperWorks建立后轴有限元模型，如图1（a）所示，采用的六面体网格单元，尺寸为3mm×3mm，网格单元数为7368，节点总数为56676，焊缝连接均采用shell单元模拟。
10378某电动汽车后桥壳结构疲劳寿命分析卿宏军 韩旭（湖南大学车身先进设计制造国家重点实验室 湖南 长沙410082）摘 要:本文以拟开发的某电动车后桥壳为研究对象,分别采用后桥壳总成垂直弯曲疲劳强度台架试验规范中标准交变载荷和某相近车型实测随机载荷谱，利用准静态迭加方法（Quasi-Static Superposition）得到结构各节点时间历程疲劳分析载荷,对该后桥壳结构进行了结构抗疲劳分析。
分析结果对后桥壳总成零件结构设计改进，以及后桥壳总成垂直弯曲疲劳强度试验规范的修订完善具有一定指导意义。
关键词：后桥壳 标准交变载荷 随机载荷谱 准静态迭加 疲劳分析中图分类号：U461.７ 文献标识码：AThe structure durability analysis of a certainelectromotion vehicle rear bridgeHongjun Qing , xu han(State key laboratory of advanced design and manufacturing for vehicle body Hunan chang sha P.C 410082) Abstract: The paper’s main study is based on a certain electromotion vehicle rear bridge durability life. Two type loads including standard cycle load and road spectral load gathered from a certain similar existing vehicle are adopted .accordingly, the method of quasi‐static superposition is adopted to get the time history stress loads of all structural nodes .finally, the rear bridge structure durability life analysis is achieved using these loads. The results have some guidance on how to improve the durability performance of the parts of rear bridge and adjust the corresponding test parameters of rear bridge bending durability test scheme.Key words: rear bridge shell, standard cycle load, road spectral load, durability analysis.1.前 言电动汽车后桥壳属于整车关键结构件，在使用过程中，本身会受到各种交变载荷的作用，易引起结构疲劳裂纹，影响整车安全和使用性能。
基于整车动力学仿真的后桥壳疲劳寿命分析与改进
唐应时;张武;段心林;李克安;和进军
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2009(031)002
【摘要】针对某越野车在改型过程中后桥壳在台架疲劳试验时出现局部开裂的情况,应用ADAMS/Car建立了整车动力学模型,进行动力学仿真,得出危险工况冲击载荷下桥壳的受力情况.采用ANSYS Workbench对桥壳进行了疲劳寿命计算,结果与试验吻合.分析其存在的不足,并提出了改进方案.对改进后的桥壳再次进行疲劳计算,满足设计要求,试制后进行台架试验,寿命达到国家标准要求.
【总页数】4页(P114-117)
【作者】唐应时;张武;段心林;李克安;和进军
【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南理工学院机电系,岳阳,414000;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.基于有限元分析和动力学仿真的曲轴疲劳寿命计算 [J], 王勇;杨洋
2.基于动力学仿真的高速曲柄压力机曲轴疲劳寿命分析 [J], 蔡玉强;朱东升
3.基于刚弹耦合多体动力学仿真的沙滩车下横臂疲劳寿命预测 [J], 丁群燕;陈丰
4.基于动力学仿真的后桥壳改进设计算 [J], 唐应时;李立斌;何友朗;肖立军
5.基于实际载荷谱的矿用自卸车后桥壳疲劳寿命分析 [J], 杨旭辉;张少健;谢和平;张珂
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2009年(第31卷第2期汽车工程Aut omotive Engineering2009(Vol .31No .22009023基于整车动力学仿真的后桥壳疲劳寿命分析与改进33“985工程”汽车先进设计制造技术科技创新平台项目、国家863计划项目(2002AA503010资助。
原稿收到日期为2008年4月14日,修改稿收到日期为2008年7月21日。
唐应时1,张武1,段心林1,李克安2,和进军1(11湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;21湖南理工学院机电系,岳阳414000[摘要]针对某越野车在改型过程中后桥壳在台架疲劳试验时出现局部开裂的情况,应用ADAM S/Car 建立了整车动力学模型,进行动力学仿真,得出危险工况冲击载荷下桥壳的受力情况。
采用ANSYSWorkbench 对桥壳进行了疲劳寿命计算,结果与试验吻合。
分析其存在的不足,并提出了改进方案。
对改进后的桥壳再次进行疲劳计算,满足设计要求,试制后进行台架试验,寿命达到国家标准要求。
关键词:动力学仿真;后桥壳;疲劳寿命分析;改进Analysis and Imp r ovement of Rear Axle Housing Fatigue L ifeBased on Vehicle Dyna m ics Simulati onTang Y i n gsh i 1,Zhang W u 1,D uan X i n li n 1,L i Kean 2&He J i n jun111Hunan U niversity,S tate Key Laboratory of A dvanced D esign and M anufacturing for V ehicle B ody,Changsha 410082;21D epart m ent of M echanical and Electrical Engineering,Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang 414000[Abstract]I n vie w of crack occurrence of rear axle housing in fatigue test during the course of a S UV modi 2ficati on,a comp lete vehicle dyna m ics model is built using ADAMS/Car and a dyna m ics si m ulati on is conducted with the forces exerted on axle housing in critical i m pact l oading conditi ons obtained .The fatigue life of axle housing is calculated by using ANSYSWorkbench,which well agrees with test results .The causes of defects are analyzed and s ome i m p r ove ment sche mes are p r oposed .The fatiguelife of modified housing is check again,which meets design require ments .Bench tests are als o carried out on trial p r oduced housing with its fatigue life meeting nati onal stand 2ard .Keywords:dynam i cs si m ul a ti on;rear axle housi n g;fa ti gue li fe ana lysis ;i m prove m en t前言驱动桥桥壳是汽车的重要零件之一,它是主减速器、差速器、半轴的外壳,一方面它起着支撑汽车荷重的作用,另一方面将载荷传给车轮,以及将路面反作用力传递给车身,它既是承载件又是传力件[1]。
2009年(第31卷)第2期汽 车 工 程A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g2009(V o l .31)N o .22009023基于整车动力学仿真的后桥壳疲劳寿命分析与改进＊＊“985工程”汽车先进设计制造技术科技创新平台项目、国家863计划项目(2002A A 503010)资助。
原稿收到日期为2008年4月14日,修改稿收到日期为2008年7月21日。
唐应时1,张 武1,段心林1,李克安2,和进军1(1.湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙 410082; 2.湖南理工学院机电系,岳阳 414000)[摘要] 针对某越野车在改型过程中后桥壳在台架疲劳试验时出现局部开裂的情况,应用A D A M S /C a r 建立了整车动力学模型,进行动力学仿真,得出危险工况冲击载荷下桥壳的受力情况。
采用A N S Y S W o r k b e n c h 对桥壳进行了疲劳寿命计算,结果与试验吻合。
分析其存在的不足,并提出了改进方案。
对改进后的桥壳再次进行疲劳计算,满足设计要求,试制后进行台架试验,寿命达到国家标准要求。
关键词:动力学仿真;后桥壳;疲劳寿命分析;改进A n a l y s i s a n d I m p r o v e m e n t o f R e a r A x l e H o u s i n g F a t i g u e L i f eB a s e d o n V e h i c l e D y n a m i c s S i m u l a t i o nT a n g Y i n g s h i 1,Z h a n g Wu 1,D u a n X i n l i n 1,L i K e a n 2＆H e J i n j u n11.H u n a n U n i v e r s i t y ,S t a t e K e yL a b o r a t o r y o f A d v a n c e d D e s i g na n dM a n u f a c t u r i n gf o r V e h i c l e B o d y ,C h a n g s h a 410082;2.D e p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,H u n a nI n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,Y u e y a n g 414000[A b s t r a c t ] I n v i e wo f c r a c k o c c u r r e n c e o f r e a r a x l e h o u s i n g i n f a t i g u e t e s t d u r i n g t h e c o u r s e o f a S U Vm o d i -f i c a t i o n ,a c o m p l e t e v e h i c l e d y n a m i c s m o d e l i s b u i l t u s i n g A D A M S /C a r a n d a d y n a m i c s s i m u l a t i o n i s c o n d u c t e d w i t h t h e f o r c e s e x e r t e d o n a x l e h o u s i n g i n c r i t i c a l i m p a c t l o a d i n g c o n d i t i o n s o b t a i n e d .T h e f a t i g u e l i f e o f a x l e h o u s i n g i s c a l c u l a t e d b y u s i n g A N S Y S W o r k b e n c h ,w h i c h w e l l a g r e e s w i t h t e s t r e s u l t s .T h e c a u s e s o f d e f e c t s a r e a n a l y z e d a n d s o m e i m p r o v e m e n t s c h e m e s a r e p r o p o s e d .T h e f a t i g u e l i f e o f m o d i f i e d h o u s i n g i s c h e c k a g a i n ,w h i c h m e e t s d e s i g nr e q u i r e m e n t s .B e n c h t e s t s a r e a l s o c a r r i e d o u t o n t r i a l p r o d u c e d h o u s i n g w i t h i t s f a t i g u e l i f e m e e t i n g n a t i o n a l s t a n d -a r d .K e y w o r d s :d y n a m i c s s i m u l a t i o n ;r e a r a x l e h o u s i n g ;f a t i g u e l i f e a n a l y s i s ;i m p r o v e m e n t前言驱动桥桥壳是汽车的重要零件之一,它是主减速器、差速器、半轴的外壳,一方面它起着支撑汽车荷重的作用,另一方面将载荷传给车轮,以及将路面反作用力传递给车身,它既是承载件又是传力件[1]。
桥壳不仅承受静载荷,更多时候是在交变载荷下工作,疲劳破坏成为其失效最主要的原因[2]。
因此,桥壳在设计时不仅要保证其强度与刚度,而且疲劳寿命必须加以考虑并满足设计要求。
针对某越野车在改型过程中后桥壳在台架疲劳试验时出现局部开裂的情况,建立该车的整车动力学模型,根据相关标准及理论,确定后桥壳的危险工况,利用A D A M S /C a r 进行整车动力学仿真,得到该工况下后桥壳的受力情况。
根据受力在有限元软件A N S Y S W o r k b e n c h 中对其进行了疲劳寿命分析,找出其薄弱位置并提出改进建议。
将改进后的结构重新分析并进行台架试验,满足寿命要求,未再出现开裂情况。
1 整车仿真模型的建立与验证1.1 获取参数2009(V o l .31)N o .2唐应时,等:基于整车动力学仿真的后桥壳疲劳寿命分析与改进·115 ·建立模型中所需的几何参数和构件质量由该车的合作设计公司提供;构件的转动惯量在三维软件U G 中测得;构件及总成性能参数根据相关配套厂家进行的试验确定(如橡胶衬套、扭杆弹簧、螺旋弹簧、减振器的特性参数);轮胎数据由某大学的轮胎动态特性试验台测出。
整车试验数据在整车试验场实车试验获得。
1.2 建立整车模型根据A D A M S /C a r 的建模方法,将整车模型简化为车身子系统、前后悬架子系统、前后轮胎子系统、图1 整车仿真模型前后横向稳定杆子系统、转向子系统、动力传动子系统、制动子系统[3]。
在模板的基础上形成子系统,将各个子系统组装,并与试验台连接,反复调试运行通过后,形成整车仿真模型[4],见图1。
1.3 整车仿真模型的验证根据国家标准对汽车操纵稳定性及汽车平顺性试验的规定,利用仿真模型对其中8项试验进行仿真,将输出结果与实车试验数据对比,验证整车模型的准确程度。
经过反复调试完善模型后,仿真结果与试验数据最大误差为13%,误差在可接受范围内。
由此得到了准确的整车动力学仿真模型,为下一步的计算分析提供依据。
2 疲劳寿命计算2.1 A N S Y S Wo r k b e n c h 寿命分析基本流程A N S Y S W o r k b e n c h 寿命分析基本流程见图2。
图2 疲劳寿命分析流程2.2 危险工况受力分析在汽车桥壳的受力分析与强度计算时,将其复杂的受力状况简化成4种典型的计算工况[5]:(1)冲击载荷工况,车速76k m /h ,障碍物高100m m (根据文献[7],不同路面冲击载荷作用下对越野车桥壳的强度要求,动载荷系数须达到3.0,故参数由仿真试验结果得出);(2)最大加速度工况,加速度4.4m /s 2;(3)制动工况,车速80k m /h 下制动,减速度6.69m /s 2;(4)最大侧向加速度工况,侧向加速度5.5m /s 2。
分别对上述4种工况进行整车动力学仿真,得出4种工况下后桥各连接点的受力值。
从中取出每种工况下受力值最大的部位进行比较,由分析得知第1种工况下桥壳受力最为恶劣,此时受力最大值出现在左螺旋弹簧与桥壳连接处,垂直方向受力F z =21468N ,方向向下。
故取工况1下的受力情况进行疲劳寿命计算。
2.3 疲劳寿命计算将后桥壳三维模型导入A N S Y S 中,根据其结构情况进行网格划分,采用三维四节点弹性壳单元s h e l l 63单元进行分网,同时对局部焊接部位进行细化处理,即直接对焊料建模,反映局部细节的模型。
划分出单元数为14551个,节点数为14786个,如图3所示。
根据桥壳的材料,取弹性模量为2.1×1011P a ,泊松比为0.3。
图3 网格划分将划分好网格的后桥壳导入A N S Y S W o r k b e n c h 中,按照桥壳实际工作状况进行约束设置,如图4所示。
将仿真分析工况1的载荷数据加载到有限元模型上。
图4 约束和加载·116 ·汽 车 工 程2009年(第31卷)第2期后桥壳材料属性按某钢铁厂对桥壳本体材料性能试验来设置,并由疲劳试验结果拟合出S-N特性曲线(图5)。
疲劳计算时的载荷按照对称循环应力加载。
图5 后桥壳材料的S-N曲线各项设置完成后进行疲劳寿命分析,得到的桥壳疲劳寿命与疲劳安全因子如图6、图7所示。
图6 驱动桥壳疲劳寿命图图7 驱动桥壳疲劳安全因子图图7显示,最容易产生疲劳破坏的位置在桥壳两边管段与中间过渡圆弧处,此处的疲劳安全因子最低只有2.46,低于一般经验安全系数3。
而桥壳在台架试验局部开裂的位置即是在中间过渡圆弧处,如图8所示。
