某商用车白车身结构疲劳寿命分析与优化设计
- 格式:docx
- 大小:155.24 KB
- 文档页数:7
某商用车白车身模态分析及试验研究摘要:本文采用有限元数值模拟方法,并结合试验研究的手段,对某商用车的白车身进行模态分析。
分析过程中,利用超声波检测技术获取车体结构的固有频率,通过有限元分析软件对车体结构进行数值模拟,得到车体结构的振型及固有频率,并与试验结果进行对比,验证数值模拟的可靠性。
最后,针对车体结构的振动问题,提出了一些改进措施,以提高其振动性能。
关键词:商用车;白车身;模态分析;有限元方法;试验研究;振动正文:一、引言白车身是指未安装任何车身部件、发动机和传动系的车身结构,它是整车研究开发中的重要部分。
在商用车研发过程中,白车身的研究和分析对于整车设计和制造具有十分重要的意义。
其中,模态分析是对车身结构进行振动分析的有效手段之一,旨在确定车辆在不同频率下的振动状态。
对于商用车而言,优化车身结构的振动性能可以有效提高车辆的运行平稳性和乘坐舒适性,降低噪音和振动对车辆的影响,从而提高整车的质量和性能。
本文通过某商用车白车身的模态分析和试验研究,验证其振动特性,并提出相应的改进措施,以提高车身结构的振动性能。
二、模态分析方法本文采用有限元数值模拟方法,通过有限元分析软件对车体结构进行数值模拟,得到车体结构的振型及固有频率。
具体步骤如下:1. 建立有限元模型:根据车体结构的实际情况,利用有限元建模软件(如ANSYS等)建立车体结构的有限元模型,包括车身前、中、后三部分,并设置合适的边界条件。
2. 确定振动模态:在模型中输入一个外部激励,利用有限元分析软件计算得到车体结构的振型及固有频率。
3. 验证模拟结果:利用超声波检测技术获取车体结构的固有频率,与有限元分析的结果进行对比,验证数值模拟的可靠性。
三、试验研究方法为验证数值模拟结果的可靠性,本文采用超声波检测技术对车体结构进行试验研究。
具体步骤如下:1. 选择检测仪器:选用超声波检测仪器,如PMUT、HIT、Elcometer等,进行非接触式的结构固有频率测量。
车身工程中心编制人:新严重度新频度新探测度新风险顺序数1零部件无法安装1车身数据未符合边界要求5按《白车身孔位描述书》和《零部件边界条件确认表》进行数据检查152车身无法焊装、车身运动干涉、车身异响、用户抱怨1三维数据检查未全面检查、运动校核未考虑实车精度、相关零部件未考虑到位5按《白车身自相关检查表》和《车身运动件运动校核检查表》进行数据校核6303整车外观效果差,无法满足客户需求,影响销售4设计间隙、面差不合理;装调不到位;公差分配不合理;定位方式设置不合理6参照相关车型合理设置DTS定义值,合理设置公差,合理设置定位方式6144数模校核,定位方案确定车身4增加模具费用,增加整车成本,影响利润1设计结构时未考虑后期开发车型的共用性5编制车身开发模块化说明,预先设计拓展车型结构方案6305零部件冲压起皱,翻边开裂,尖角争料,产品结构弱,易变形,尖角拉延破裂冲压负角,件拉延开裂,模具上修边刃口强度不足,影响车身性能5冲压SE分析未到位,钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改,合理设计钣金结构6120SE分析车身/制造6车身焊接操作性差,工人抱怨、生产率低,焊接效果差,影响车身性能5焊装SE分析未到位,钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改,合理设计钣金结构,合理布置焊点位置及层次2407车身电泳底漆厚度不均匀、部分区域未充分覆盖底漆、车身锈蚀、影响整车寿命5涂装SE分析未到位,钣金结构不合理4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改,合理设计钣金结构,保证涂装效果2408总装件无法安装;车身总装操作性差,工人抱怨、生产率低;零部件维修操作性差5总装SE分析未到位未分析可维修性4按《白车身SE审查报告》进行反馈及数模修改,合理设计钣金结构,合理考虑安装操作空间,进行安装虚拟验证2409影响用户乘车舒适性,影响内部载货空间,用户抱怨3未合理设计钣金结构,钣金侵占内部空间6进行CAE分析,在保证车身性能、安装结构的前提下尽量增大内部空间,可对比标杆设计7126初期确定目标值,后期按照执行,尽量加大内部空间车身/整车10影响用户乘车舒适性,影响内部装卸货方便性,用户抱怨3未合理设计钣金结构,未按人机要求设计6按人机要求设计数据,在保证车身性能、安装结构的前提下尽量改善,可对比标杆设计6108方案阶段确定各相关尺寸,保证后期数据满足要求。
硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计的开题报告一、选题背景及意义随着汽车行业的发展,对轿车白车身(即未喷漆前的车身结构)的质量要求越来越高,白车身的硬件在环设计和优化也显得越来越重要。
硬件在环是指机械结构的环境适应性,即机械结构在各种环境条件下的可靠性、寿命和性能稳定性能力。
在轿车白车身的设计中,硬件在环因素是影响其质量和寿命的重要因素。
本课题将选用一种已有的轿车白车身结构进行分析与优化设计,通过分析硬件在环设计因素,加强其在各种环境下的适应性,提高车身质量和寿命,达到节约成本、提高竞争力的目的。
二、研究内容及目的本文将选取一种已有的轿车白车身结构进行研究,通过建立数学模型,对其进行分析与优化设计,从而提高其硬件在环适应性和车身质量,达到节约成本、提高竞争力的目的。
具体的研究内容包括:1. 研究各个环境因素对轿车白车身结构硬件在环设计的影响机理。
2. 建立轿车白车身结构的有限元分析模型,并进行分析。
3. 分析硬件在环设计因素,并优化其结构设计。
4. 通过性能试验验证优化设计的效果。
本研究的目的是:1. 探究轿车白车身结构硬件在环设计的影响因素及机理。
2. 研究轿车白车身结构的优化设计方法,提高其在各种环境条件下的适应性。
3. 提高轿车白车身结构的质量和寿命,降低生产成本。
4. 优化车身结构设计,提高产品竞争力,满足市场需求。
三、研究方法及流程本文主要采用以下研究方法:1. 理论研究法:对轿车白车身结构硬件在环设计的基本概念和原理进行深入理解和阐述。
2. 数学模型法:利用有限元分析方法建立轿车白车身结构的数学模型进行分析和优化设计。
3. 试验验证法:对优化设计后的轿车白车身结构进行性能试验,验证其硬件在环适应能力和优化效果。
研究流程如下:1. 调查分析市场需求,确定研究方向。
2. 对轿车白车身结构的硬件在环设计进行深入研究。
3. 利用有限元分析方法,建立轿车白车身结构的数学模型并进行仿真分析。
4. 分析硬件在环设计因素,并优化其结构设计。
2018年第6期 AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY 汽辛仿真与‘10. 16638/ki. 1671-7988. 2018. 06. Oil某铝制乘用车白车身疲劳寿命计算夏德伟,刘丽霞,徐志强,齐飞(辽宁忠旺集团有限公司北京技术与发展中心,北京100020)摘要:对该款铝制乘用车白车身利用Hypermesh建立了其有限元模型,在此基础上结合六分力轮测得的短波路路 况下的载荷谱数据,利用N code对该车进行了疲劳寿命计算。
在计算过程中,相比于通用的计算步骤,文中通过 建立简化的悬架模型,提出了一个简化方法。
最后,根据计算结果指出在该类型乘用车设计中,针对疲劳需要重点 关注的位置。
关键词:乘用车;疲劳计算中图分类号:U467文献标识码:B文章编号:1671-7988(2018)06-29-04The fatigue life calculation of the body-in-white of an aluminum passenger carXia Dewei, Liu Lixia, Xu Zhiqiang, Qi Fei(Liaoning Zhongwang Group Co.,Ltd Beijing Technology&Development Center,Beijing100020)Abstract: The finite element model of the white body of aluminum passenger car was established by using Hypermesh.Based on this,the load spectrum data of the short-wave road measured by six-force wheel was used to calculate the fatigue life of the car with Ncode.In the calculation process,compared with the common calculation steps,this paper presents a simplified method by establishing a simplified suspension model.Finally,according to the results of t he calculation,we point out the positions that need more attention for fatigue calculation in this type of passenger car design.Keywords: passenger car; fatigue calculationCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)06-29-04引言更换更轻质的白车身材料是新能源车发展的一种重要手 段,铝合金因其轻质、可塑性强、回收性好等优良的性能被 广泛使用。
机械结构的疲劳特性分析与优化在机械设计领域,疲劳是一个非常重要的概念。
疲劳是指由于反复循环加载而引起的材料或结构的破坏现象。
疲劳破坏是一种隐蔽性很高的破坏方式,经常在结构工作一段时间后才会出现,对机械结构的安全性和可靠性产生重大影响。
因此,分析机械结构的疲劳特性并进行优化,对于确保机械设备正常运行,延长使用寿命以及降低维修成本具有重要意义。
在进行机械结构的疲劳分析与优化之前,首先需要了解疲劳寿命的概念。
疲劳寿命是指材料或结构在特定载荷条件下能够承受的循环加载次数,即材料或结构在连续循环加载下不发生破坏的最大次数。
而材料或结构的疲劳寿命受到多种因素的影响,包括材料性能、应力水平、载荷类型、环境条件等。
在疲劳寿命分析中,应力集中是一个重要的因素。
应力集中是指由于结构几何形状的不均匀性,使得结构的应力分布出现明显的集中现象。
应力集中会导致材料局部应力远远超过结构的平均应力,从而加速疲劳破坏的发生。
因此,在机械结构的设计中,需要合理设计结构形状,避免应力集中的出现,以提高结构的疲劳寿命。
此外,材料的选择也对机械结构的疲劳特性有着重要影响。
不同材料具有不同的疲劳性能,如金属材料的疲劳寿命通常比非金属材料短。
在选材时,需要综合考虑结构的工作条件、载荷类型以及预期的寿命要求等因素,选择适合的材料进行设计。
除了材料选择和结构形状设计外,载荷条件也是影响疲劳寿命的重要因素。
载荷可以分为静载荷和动载荷两种类型。
静载荷是指结构在静止状态下所受到的外力或外加载荷。
而动载荷是指结构在运动状态下所受到的外力或外加载荷。
静载荷对于机械结构的疲劳破坏一般影响较小,而动载荷则会加速疲劳破坏的发生。
针对机械结构的疲劳问题,工程师们提出了许多优化方法和技术。
其中一种常用的方法是使用有限元方法进行疲劳分析。
有限元方法是一种数值计算方法,通过离散化结构并对其进行求解,得到结构的应力和变形等重要参数。
通过有限元分析可以对机械结构的疲劳特性进行全面评估,并找出结构中的疲劳热点以及疲劳弱点,从而指导优化设计。
第26卷第2期2017年4月计算机辅助工程Computer Aided EngineeringVol. 26 No. 2Apr. 2017文章编号:l〇〇6 - 0871(2017)02-0028-05DOI : 10. 13340/j. cae. 2017. 02. 005非承载式SUV白车身结构分析及优化韩红阳,陈有松,徐颖,王树英(上汽集团商用车技术中心整车集成部,上海200438)摘要:以某全新开发的SUV非承载式车身为研究对象,建立V91车身有限元模型,并进行模态分 析.为使车身1阶模态满足目标值要求,对车身进行灵敏度分析和截面刚度分析,并提出改进方案.经过优化,车身的1阶弯曲模态提升7. 8%,1阶扭转模态提升25. 7%.研究结果可为企业研发非 承载式SUV车身提供参考.关键词:白车身;弯曲刚度;扭转刚度;断面刚度;灵敏度分析;模态频率中图分类号:U463.82 文献标志码:BBody-in-white structure analysis and optimization onbody-on-frame type of SUVHAN Hongyang,CHEN Yousong,XU Ying,WANG Shuying (Vehicle Integration Department, S A I C M O T O R C o m m e r c i a l Vehicle Technical Center, Shanghai 200438,China) Abstract:Taking a new design of the body of body-on-frame type of SUV for the research example, the finite element model is built for V91 body and the modal analysis is performed on it. To make the first order mode meet the requirement of target value, the sensitivity and cross section stiffness is analyzed and an improvement scheme is proposed. By optimization, the first order bending mode of vehicle body is increased by 7. 8% and the first order torsion mode is increased by 25. 7%. The research results can provide reference for enterprise to develop body of body-on-frame type of SUV.Key words :body-in-white ;bending stiffness ;torsion stiffness ;cross section stiffness ;sensitivity analysis; modal frequency0引言越野车或大型SUV —般采用非承载式车身和 承载式车架,车身与车架通过悬置软垫连接.虽然车 架是主要承载部件,但白车身也承担很大一部分载 荷,其作用不能忽略.[1]白车身模态参数表征车身 的固有频率和振动特性,会影响乘坐舒适性,还会对 车身寿命、刚度、强度、可靠性造成影响.[2]白车身 模态是汽车NVH传递函数、动态频率响应的基础,其重要性不容忽视.为避开外部激励和发动机及传 动系统的激励,需在整车开发前期分析和优化白车 身固有频率,保证白车身模态性能满足整车技术规 范要求.[34]本文以全新开发的某非承载式SUV车 身V91为研究对象,首先对竞品车进行模态试验和 有限元仿真对标,以保证有限元建模方法的准确性; 在此基础上,建立V91车身的有限元模型进行自由 模态分析.为使整体模态满足目标值要求,对V91 白车身进行灵敏度和截面刚度分析,并提出优化方收稿日期=2017-02-06修回日期=2017-03-24作者简介:韩红阳(1987 —),男,江苏盐城人,硕士,研究方向为车身轻量化,(E-mail) hanj+ixing@ foxmail. com第2期韩红阳,等:非承载式SUV白车身结构分析及优化29案.经过改进,白车身模态性能满足目标值要求.1竞品车的仿真与试验对标1.1竞品车车身仿真模型的建立及模态分析使用HyperMesh前处理软件对竞品车白车身进 行网格划分.车身件大多数是钣金件,一般采用壳单 元模拟.本文采用四边形单元和H角形单元划分网 格,网格的平均尺寸为8 mm.为保证仿真模型和计 算结果精度,对单元质量进行控制,单元质量参数见 表1.膨胀胶和结构胶使用Solid单元模拟,点焊使 用Solid和RBE3单元模拟.表1网格质量参数Tab. 1 M e s h quality parameters最大翘曲角/(°)15最大长宽比4最小雅可比0.6最大单元长度/mm4三角形最大扭曲角/(。
机械结构中的疲劳性能分析及优化设计研究第一章:引言机械结构在工程中扮演着至关重要的角色。
然而,由于长期使用、负载外界环境以及材料缺陷等因素,这些结构经常出现疲劳损伤。
因此,对机械结构中的疲劳性能进行分析并采取优化设计措施变得至关重要。
本文将探讨机械结构中的疲劳性能分析及其优化设计。
第二章:机械结构的疲劳性能分析2.1 疲劳定义疲劳是指由于反复加载和卸载所造成的损伤,通常是在低应力下发生的。
这种损伤可以引起机械结构的部件失效,导致不可逆的损坏。
2.2 疲劳损伤的影响因素机械结构中疲劳损伤的影响因素包括负载、材料、设计、加工和环境等因素。
负载是指机械结构承受的力和力矩,包括静载和动载。
材料的影响因素包括强度、韧性、硬度、脆性和热稳定性等。
设计和加工对机械结构的疲劳性能有着重要的影响,包括结构形状、材料厚度、接口设计和安装等。
环境因素包括温度、湿度、腐蚀和辐射等。
2.3 疲劳损伤的评估方法疲劳损伤的评估方法包括模拟试验和有限元分析。
模拟试验通常是通过施加一系列不同频率和幅度的载荷来模拟机械结构的实际工作环境。
有限元分析是使用计算机软件来模拟机械结构的应力分布和变形,以评估疲劳性能。
第三章:机械结构疲劳性能优化设计3.1 设计考虑机械结构的疲劳性能优化设计应从以下角度出发:材料选择、结构设计、加工工艺和使用环境。
选择合适的材料是提高疲劳性能的重要因素之一,如高强度低合金钢等。
结构设计应避免出现应力集中区域、切口、腐蚀和氧化等。
加工工艺应保证结构的表面光洁度和尺寸精度。
使用环境的控制也是降低机械结构疲劳损伤的一种有效方法。
3.2 材料优化材料优化的目的是提高机械结构的疲劳极限。
有些材料比其他材料更可靠,因此要针对具体应用选择最合适的材料。
在材料选择上,要结合机械结构的设计和使用环境进行考虑。
3.3 结构优化结构优化的目的是降低应力集中区域,避免切口、腐蚀和氧化。
优化设计应充分考虑机械结构的实际应用,使用CAD设计软件和有限元分析软件来模拟和分析机械结构的应力分布和变形情况,提高机械结构的疲劳强度。
车身强度分析与优化设计第一章概述车身强度是车辆工程设计中的一个重要问题,它直接关系到车辆的安全性和舒适性。
本文将介绍车身强度的分析与优化设计方法,探讨如何在保证车辆强度的前提下,优化车身结构。
第二章车身强度分析2.1 车身强度测试车身强度测试是衡量车身质量的重要方法,也是车辆行驶中保证安全的前提。
测试方法主要包括静载试验、动态试验、实际道路试验等。
2.2 车身强度分析方法车身强度分析方法包括有限元分析、有限差分法、边界元法等。
有限元法常用于车身强度分析,通过建立车身结构的有限元模型计算应力、应变等参数,以确定强度分布及疲劳寿命。
同时,分析结果也为优化设计提供了依据。
第三章车身强度优化设计3.1 车身结构优化设计车身结构优化设计是指在保证车身强度的前提下,通过结构重新设计,减小重量和尺寸,增加空间利用率和车辆性能。
采用的方法主要包括材料选择、结构调整等。
3.2 车身局部优化设计车身局部优化设计是指在满足整体车身强度要求的前提下,对局部结构进行设计优化。
常见的局部优化设计方法包括加强局部支撑结构、改进焊接工艺等。
第四章实例分析以汽车车身强度分析与优化设计为例,应用有限元分析方法对车身结构进行建模和分析。
同时,引入材料的力学性能进行优化设计,采用多目标优化方法,考虑车身强度、车身重量和空间利用率等多个因素。
最终,得到了比传统车身结构更轻、强度更高的新型车身结构。
第五章结论本文介绍了车身强度分析与优化设计的基本方法,通过应用有限元分析和多目标优化方法,实现了车身结构的优化设计,得到了比传统车身结构更轻、强度更高的新型车身结构。
车身强度分析与优化设计在车辆工程领域中具有重要的意义,将对未来汽车的发展和设计产生深远的影响。
机械结构的疲劳特性分析与优化引言:机械结构在实际应用中,经常会受到长期使用和循环加载的影响,从而导致疲劳破坏。
为了确保机械结构的可靠性和寿命,研究其疲劳特性并进行优化设计非常重要。
本文将从疲劳的基本概念入手,探讨机械结构的疲劳分析方法,并介绍一些常见的疲劳优化技术。
第一部分:疲劳的基本概念与机制1.1 疲劳定义和分类疲劳是指物体在连续循环加载下发生的失效现象,主要分为低周疲劳和高周疲劳两种。
低周疲劳发生在加载次数较少的情况下,而高周疲劳则发生在加载次数较多的情况下。
1.2 疲劳破坏的机制疲劳破坏的机制主要包括裂纹的形成与扩展。
在循环加载下,结构内部会出现微小缺陷,随着加载次数的增加,缺陷处会出现应力集中,导致裂纹的形成。
随后,裂纹会在加载过程中不断扩展,最终导致结构破坏。
第二部分:机械结构的疲劳分析方法2.1 应力分析方法应力分析是疲劳分析的基础,可以通过有限元分析等方法获取结构在不同工况下的应力分布。
应力分析可以帮助确定结构的疲劳寿命和受力集中区域。
2.2 疲劳损伤累积理论主要包括极限应力法、应力幅与寿命曲线法、振幅频率公式法等。
这些方法可以根据实测应力历程和材料疲劳性能曲线,对结构的疲劳寿命作出较为准确的预测。
第三部分:机械结构的疲劳优化技术3.1 结构强度优化针对结构的疲劳薄弱区域或高应力区域,可以通过结构形状的调整或增加材料的强度来提高结构的疲劳寿命。
3.2 材料优化选用合适的材料对于提高机械结构的疲劳寿命至关重要。
常见的方法包括采用高疲劳强度和高韧性材料、进行表面改性等。
3.3 负载控制优化对于受到循环加载的结构,合理的负载控制可以降低结构的疲劳损伤。
例如,合理设计加载路径、降低加载频率等。
3.4 疲劳寿命预测模型优化通过建立可靠的疲劳寿命预测模型,可以更准确地预测机械结构的疲劳性能。
优化预测模型的方法包括增加样本数量、优化参数选择等。
结论:机械结构的疲劳特性分析与优化是确保机械结构可靠性和寿命的重要手段。
汽车零部件结构与疲劳寿命分析第一章:引言随着汽车工业的不断发展,汽车零部件的结构和材料也在不断更新,为汽车行业的革新提供了有力的支撑。
然而,由于汽车零部件需要承受大量的负荷,结构上的漏洞或材料上的瑕疵可能会导致零部件的疲劳寿命降低或损坏,甚至危及驾驶安全。
因此,汽车零部件结构与疲劳寿命的分析与研究具有相当重要的意义。
本文主要围绕汽车零部件的结构和疲劳寿命展开一系列的讨论和分析,旨在提供给读者们一些关于汽车零部件的更深层次的了解。
第二章:汽车零部件结构的基本原理汽车零部件结构设计的目的在于满足车辆的使用需求和性能要求,为驾驶员和乘客提供安全,舒适,稳定的行驶体验。
这就要求汽车零部件需要具有良好的强度和稳定性。
汽车零部件的结构设计包括两个方面,一是结构几何学,二是材料。
结构几何学:汽车零部件的几何形状,例如液压缸体,发动机缸体等,这些零部件需要结合其使用环境的特征来设计。
材料:合适的材料可以供应足够的强度,使得在外界负荷的作用下,汽车零部件不会发生失效。
第三章:汽车零部件疲劳寿命的分析疲劳寿命指的是产生疲劳破坏的循环载荷下,零部件增长裂纹的时间。
各种类型的汽车零部件都可能会经过一定的循环载荷,从而导致疲劳破坏。
因此,每种汽车零部件的疲劳寿命都成为研究的重点。
1. 疲劳寿命的三个阶段(1)裂纹萌芽阶段:也叫低频疲劳阶段,当循环载荷的幅值较小,载荷次数较少时,可能形成发生疲劳破坏的缺陷。
此时,汽车零部件的疲劳寿命还不会显现,但这一阶段会为后续裂纹扩展做出重要的贡献。
(2)稳定扩展阶段:也叫中频疲劳阶段,此阶段的裂纹速度与应力幅度呈线性关系。
此时,疲劳裂纹需要增长到一定长度,才会导致零件失效。
(3)不稳定扩展阶段:也叫高频疲劳阶段,此阶段裂纹扩展速度是急速增加的。
此时,零部件很快会出现严重疲劳裂纹,并引起失效。
2. 影响疲劳寿命的因素(1)工作条件:承受的载荷种类,方向,大小,频率,工作环境等都将影响疲劳寿命。
车辆模型在车身结构疲劳测试中的应用与优化概述随着汽车工业的快速发展,车辆结构的疲劳寿命一直是一个重要的研究方向。
由于车身结构的疲劳破坏可能对乘客、行人和车辆本身的安全造成严重影响,因此进行车身结构疲劳测试非常关键。
车辆模型是一种在车身结构疲劳测试中被广泛应用的工具,本文将探讨车辆模型在车身结构疲劳测试中的应用和优化方法。
一、车辆模型的概念与构建车辆模型是一种仿真工具,用于模拟车辆结构的运动和载荷情况。
它通常基于计算机辅助设计(CAD)软件构建,可以准确地描述车辆的几何形状和结构特征。
车辆模型可包含各种组件,如车身、底盘、传动系统等。
在车身结构疲劳测试中,主要关注车辆的动力学特性和受力情况。
二、车辆模型在车身结构疲劳测试中的应用1. 疲劳寿命预测通过车辆模型,可以对车身结构在长期使用过程中可能出现的疲劳破坏进行预测。
首先,基于车辆运动学和动力学特性,计算车身在各种工况下的受力情况。
然后,结合材料的疲劳性能和已有的疲劳寿命模型,预测车身结构的寿命。
这有助于车辆制造商优化车身结构,提高车辆的寿命和可靠性。
2. 疲劳载荷重构在实际应用中,车身结构的受力情况往往难以直接测量。
通过车辆模型,可以基于传感器数据和车辆模型的动力学分析,重构车身结构的受力情况。
这对于进一步优化车身结构设计、评估和改进车辆的疲劳性能非常有帮助。
3. 研究车身结构的优化设计车辆模型还可以用于研究车身结构的优化设计。
通过改变车身的几何形状和结构参数,可以得到不同设计方案下的车辆模型。
通过对比不同设计方案下的疲劳寿命和载荷分布,可以找到最佳的车身结构设计。
这有助于提高车辆的性能、减轻结构的应力集中和延长车身的使用寿命。
三、车辆模型在车身结构疲劳测试中的优化方法1. 精细化模型建立为了准确预测车身结构的疲劳寿命,车辆模型的建立需要尽可能精细。
需要考虑车身的各个组成部分,如车顶、车门、前后座椅等,并考虑不同材料的应力和疲劳性能。
通过使用高级CAD软件和有限元方法进行建模,可以提高模型的准确性和可靠性。
汽车轮毂轴承疲劳寿命分析及结构优化设计发布时间:2022-05-13T02:59:24.214Z 来源:《福光技术》2022年10期作者:王建杰[导读] 随着汽车产销量的不断增长,我国的汽车产业也正在迅猛的发展。
今天的人们已经不再满足于汽车在功能上的作用,而是追求汽车在性能上的突破。
高性能的实现依赖于人们对汽车每一个零部件精益求精的设计和制造。
襄阳汽车轴承股份有限公司湖北襄阳 441057摘要:近年来,我国的汽车销量增长非常迅速,同样带动了汽车产业不断向前发展。
随着人们对汽车功能需求的不断攀升,汽车相关的设计人员也在不断地提高自身的设计能力,试图设计出性能更为出色的汽车部件。
汽车的轮毂轴承便是其中一个非常重要的部件,汽车轮毂轴承承载着汽车的传动和承载两个非常重要的功能,一直是设计人员非常关注的问题。
尽管目前国内的汽车行业已经比较成熟,但是和国外的相关企业相比,还有很大的差距。
因此,国内汽车轮毂轴承的设计还需要不断地创新和发展,特别是在疲劳寿命研究方面,需要大力提倡和发展。
本文就此展开了论述,以供参阅。
关键词:汽车;轮毂轴承;疲劳寿命;结构设计引言随着汽车产销量的不断增长,我国的汽车产业也正在迅猛的发展。
今天的人们已经不再满足于汽车在功能上的作用,而是追求汽车在性能上的突破。
高性能的实现依赖于人们对汽车每一个零部件精益求精的设计和制造。
轮毂轴承是汽车传动和承载的重要零部件之一,一直受到汽车厂商和科研人员的关注。
同时,为了满足汽车不断提升的性能要求,对轮毂轴承的寿命及质量也提出了更严苛的要求。
由于国产轮毂轴承与国外的相比存在巨大的差距,因此,推动我国轮毂轴承朝着高质量、长寿命以及高集成度的方向发展,势在必行。
轮毂轴承的性能会直接影响汽车行驶的安全性和乘客的舒适性,而疲劳寿命作为是轮毂轴承最重要的性能指标之一,对其进行准确的预测和分析,并通过结构优化设计将其提升,显得尤为重要。
1轮毂轴承结构第三代轿车轮毂轴承将外法兰、内圈、内法兰、滚动体、保持架等组件装配在一个单元中,传统的装配方式采用螺母锁紧。
某SUV白车身刚强度分析及优化作者:唐尹静李志义来源:《中国科技博览》2019年第07期[摘要]在载荷作用下,白车身缺乏刚度会导致物体的大变形,造成密封松动、渗漏和渗水等问题,从而使物体的振动频率较低,容易产生结构共振和声音;白车身强度不足会造成车身件屈服变形,疲劳耐久性能差,影响汽车行驶寿命,最终影响汽车安全机能,因此,汽车的安全性、可靠性和行驶平顺性靠刚度与强度来保障。
本文以某SUV白车身为研究对象,采用有限元分析方法,研究了该白车身的刚度与强度。
[关键词]白车身;刚度;强度;优化中图分类号:TU685 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)07-0092-011车身设计有限元分析法在数学中,有限元元素法是由数学大师阿基米德的逼近法所衍生出,更因此理论发展出了微积分学。
有限元法是一种数值方法用来计算偏微分方程边值问题。
当解决问题时,整个问题区域被分解,每个分区变成一个简单的部分,称为有限元。
采用变分法,最大限度地减小了误差函数,得到了稳定解。
它类似于圆有无线细线连接,从而使连续无限自由问题转化离散有限自由问题。
将连续解分离为一组单元,通过对它们的分析,可以得到真实结构的各种性质,满足工程项目要求。
由于大多数实际问题不能得到准确解,而有限元法具有精度高、效率高、成本低等优点,并且可以适应各种复杂情况,成为工程分析的最常用方法。
2模型创建和模态分析模型是通过主观意识用来塑造结构的对象,具体反映系统的结构性能和特征。
通过几何清理进行模型的创建,利用Hypermesh软件生成有限元模型。
采用有限元法,用Hypermesh软件将白车身钣金件离散为四边形、三角形网格,并对网格质量进行控制,采用Rbe2、Rbe3、Cbeam、Acm、Adhesive等单元模拟螺栓、点焊、缝焊、粘胶,建立合理准确的白车身有限元模型(即进行焊点的处理、模型的简化、模型的调整、单元质量检查)。
在有限元模型能够反映机体实际力学特性的前提下,进行有效的简化。
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)
(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)