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刚柔耦合重型载货汽车车架疲劳优化及整车动力学分析

张兵  
【摘要】:重型载货汽车是运输行业的主要车型,随着近些年来物流行业的迅速发展,重载汽车得到了广泛应用。而车架作为整车中各部件的装配载体,也是受力最为复杂的构件,在行驶过程中,特别是在一些恶劣工况下,很容易发生疲劳破坏,对整车的操稳性、平顺性以及安全性产生很大影响。本文首先依照设计参数,建立车架参数化三维CAD模型,导入有限元软件ANSYS对车架进行满载弯曲、满载扭转和满载弯扭三种工况的静力分析,校核了车架强度,通过动态分析确定了车架的固有频率和振型。然后,将柔性车架导入ADAMS/car,建立了含柔性车架的刚柔耦合整车模型,并利用双移线实车试验数据对刚柔耦合整车模型进行了验证。分别采用刚柔耦合车辆模型和多刚体模型在随机路面上进行了动力学仿真,获得减震器、中后桥各推拉杆的载荷-时间历程,通过有效值作为对比量度,分析了刚性车架和柔性车架对整车动力学的影响。将车架的边界动态载荷作为载荷谱输入条件,对车架的疲劳寿命进行预测,得到了车架的疲劳危险点。接下来,以轻量化为目的,将车架两根纵梁和主要横梁及横梁连接件的厚度作为输入变量,对车架进行优化设计,通过优化前后的静力分析、模态分析和疲劳寿命对比验证了优化效果。最后,对优化后的车架进行柔性化处理,重新组装成整车模型,参照操稳性和平顺性评价标准,对优化后的刚柔耦合整车模型进行动力学仿真,并与原型车整车模型进行比较。研究表明,(1)刚性车与刚柔耦合整车模型相比,计算的各部件载荷偏小,存在一定的安全隐患,柔性车架能够更好的反映整车各部件的连接和受力关系。(2)车架的疲劳强度满足行驶要求,虽然存在少量危险节点,但对车架整体的疲劳强度影响不大。(3)车架优化后其质量减轻了7.3%,强度和固有频率呈现增加的趋势,疲劳寿命降低3.9%,但仍可满足车架的正常使用要求,车架优化后的刚柔耦合整车模型能够较好的模拟整车动力学性能。本文的研究结果,可对车架疲劳优化分析、刚柔耦合重型汽车建模及动力学分析提供新的思路和借鉴。


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