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汽車零部件疲勞載荷相關(guān)性分析
2018-02-27 12:27:17·
0 引言汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和不斷縮短的開發(fā)周期，迫使生產(chǎn)廠商在整車開發(fā)初期就必須進行數(shù)字化耐久性分析，找出整車耐久性設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，而耐久性分析的關(guān)鍵就是邊界載荷的預(yù)測。由于路面載荷預(yù)測量只有在樣車之后才能進行，在當(dāng)今逐漸縮短開發(fā)周期的情況下，往往在路面載荷測量之前，耐久性設(shè)計就開始進行，這需要工程師
0 引言
汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和不斷縮短的開發(fā)周期，迫使生產(chǎn)廠商在整車開發(fā)初期就必須進行數(shù)字化耐久性分析，找出整車耐久性設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，而耐久性分析的關(guān)鍵就是邊界載荷的預(yù)測。
由于路面載荷預(yù)測量只有在樣車之后才能進行，在當(dāng)今逐漸縮短開發(fā)周期的情況下，往往在路面載荷測量之前，耐久性設(shè)計就開始進行，這需要工程師在整車開發(fā)早期就找到替代載荷，因此在當(dāng)今汽車工業(yè)開發(fā)過程中越來越依賴于多體動力學(xué)模型預(yù)測車輛載荷，結(jié)合有限元分析軟件進行疲勞仿真分析，較好的解決在新車型開發(fā)初期或?qū)ΜF(xiàn)有車型的設(shè)計驗證，故載荷的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。
本文借助懸架系統(tǒng)中簡單二力桿連接點處的試驗載荷與通過多體仿真分析獲得相同零部件的載荷進行相關(guān)性分析，驗證多體動力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，保證汽車零部件載荷精度，確保耐久性分析的準(zhǔn)確性。
1 零部件標(biāo)定
對某SUV車上的零部件進行標(biāo)定，通常選用受力簡單的二力桿和球鉸鏈類零部件，目的建立載荷譜采集時零部件被測量值（力、扭矩、位移）與測量值（電壓信號）之間的關(guān)系，從而獲得在實車道路載荷譜采集時的零部件載荷。
2 道路載荷譜采集
對某suv進行道路載荷譜采集，分別在4個車輪處安裝六分力傳感器、將前期標(biāo)定好的二力桿和球銷安裝在試驗車上，測量車輛在各個路面行駛時的輪心六分力（軸頭三向力FX、FY、FZ和三向力矩MX、MY、MZ）和簡單零部件節(jié)點上的載荷。以某一路面為例，獲得的輪心縱向力FX、側(cè)向力FY及下擺臂球銷連接點處載荷FX和FY，具體仿真分析結(jié)果如圖1所示。
圖1 試驗數(shù)據(jù)
3 多體動力學(xué)仿真分析
3.1 仿真建模及仿真
在MSC.Adams中創(chuàng)建懸架剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)仿真分析模型，要求模型狀態(tài)與整車試驗狀態(tài)一致、坐標(biāo)系一致、參數(shù)一致，以便后續(xù)進行相關(guān)性分析。本文將擺臂、副車架、穩(wěn)定桿處理成柔性體，所有襯套均賦予非線性剛度特性曲線，采用輪心六分力進行激勵仿真，仿真分析得到懸架中各個零部件的載荷譜，具體模型如圖2所示。
3.2 仿真分析結(jié)果
提取各個零部件連接點處的載荷（包括FX、FY、FZ、MX、MY、MZ）、位移、加速度等信息，以下擺臂球銷處的載荷為例，具體如圖3所示。
圖3 仿真分析結(jié)果
4 相關(guān)性分析
對試驗與仿真數(shù)據(jù)進行對比，由于載荷譜的數(shù)據(jù)點較多，無法實現(xiàn)試驗與仿真數(shù)據(jù)的完全一致性。故本文主要是通過功率譜、雨流計數(shù)、程對計數(shù)、穿級計數(shù)、偽損傷（相對損傷）進行對比分析，并自動生成報告，具體結(jié)果如圖4所示。
通過S-N曲線可以知道損傷與載荷之間存在一定的關(guān)系，若損傷一致零部件的壽命也是一致，本文采用K=5進行相對損傷計算，結(jié)合圖4和圖5可知，損傷相差15%，載荷相差大約3%左右（德國部分企業(yè)認(rèn)為K=5時，自損傷與載荷大概成5倍關(guān)系）。而程對計數(shù)與穿級計數(shù)，試驗與仿真數(shù)據(jù)的曲線形狀一致即可，若存在上下偏移是零部件的預(yù)載所導(dǎo)致（因為在進行道路載荷譜采集工作時，將整車中所有傳感器清零，故零部件的試驗載荷未包含預(yù)載）。
圖4 相關(guān)性分析結(jié)果
圖5 載荷與壽命之間的關(guān)系
5 結(jié)論
由于載荷譜是時間歷程的曲線，要想保證任一時刻任一點的載荷完全一致是無法做到的，故采用功率譜、雨流計數(shù)、程對計數(shù)、穿級計數(shù)、偽損傷（相對損傷）進行對比分析，能夠快速對比試驗與仿真分析結(jié)果，校驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，為疲勞仿真分析提供有效的載荷。
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