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基于实际载荷谱的悬架结构疲劳分析

杨联林  
【摘要】:随着中国汽车市场规模日益扩大和市场竞争的日益激烈,用户对汽车产品的可靠性也有了更高的要求,除了传统的静强度设计,疲劳寿命也成为汽车产品开发中的重要指标。带副车架的悬架总成是汽车上一个非常重要的系统,在实际道路行驶过程中,由于路面条件的变化悬架系统需要承受交变载荷的作用,导致悬架部件是最容易产生疲劳损伤的零部件。在此背景下,本文以一款麦弗逊前悬架以及前副车架为研究对象,对悬架中的下摆臂、副车架进行强度校核和疲劳分析,以及对两者连接处的橡胶衬套做了疲劳分析。首先在LMS Tecware中对试验场采集得到的载荷谱进行低通滤波以及去毛刺信号预处理;计算预处理后载荷谱的伪损伤值,基于损伤时间历程编辑方法对载荷谱进行压缩编辑,以缩短疲劳分析时间。在ADAMS/car里建立包含麦弗逊前悬架、多连杆后悬架、转向系统、动力总成和车身系统的整车多体动力学模型,以压缩编辑后载荷谱作为轮心输入进行多体动力学仿真,求解下摆臂、副车架以及橡胶衬套连接点处动态载荷作为疲劳分析输入;以紧急制动、过不平路面、极限转向三种极限工况下轮胎理论接地力作为输入,仿真求解极限工况下下摆臂、副车架连接点处极限静态载荷,作为强度校核输入载荷。得到用于疲劳和强度计算的工作载荷后,在hypermesh中建立下摆臂和副车架的有限元模型,以提取得到的极限静态载荷作为加载并采取惯性释放法进行强度校核;对下摆臂和副车架有限元模型施加单位载荷,并将单位应力结果导入到n Code软件中,基于名义应力法并结合提取得到的动态载荷进行疲劳分析;根据下摆臂强度分析结果对其应力集中部分进行结构改进设计,改进完成后再次进行强度校核以及疲劳分析,结果显示均满足设计要求。在Abaqus中基于橡胶材料的单轴拉伸和平面拉伸力学实验数据拟合出最佳本构模型,在hypermesh中建立橡胶衬套的有限元模型,导入Abaqus软件中结合提取得到的动态位移载荷进行动态应力应变分析,将分析结果导入fe-safe软件中基于疲劳裂纹扩展理论进行疲劳计算,结果显示满足设计要求。


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