汽车底盘部件疲劳寿命预测研究
基于CDTire的底盘部件疲劳耐久仿真分析
2021.01 Automobile Parts060收稿日期:2020-07-22作者简介:燕唐(1990 ),男,硕士,工程师,从事汽车结构刚强度和疲劳耐久研究㊂E-mail:yantang@㊂DOI :10.19466/ki.1674-1986.2021.01.012基于CDTire 的底盘部件疲劳耐久仿真分析燕唐,高丰岭,耿动梁,卜晓兵(中汽研汽车检验中心(天津)有限公司,天津300300)摘要:为了在车型开发前期有效排查底盘系统设计问题,基于CDTire 轮胎模型,建立了虚拟路面底盘部件疲劳耐久仿真方法㊂根据轮胎试验数据建立高精度CDTire 轮胎模型,应用3D 扫描技术将试验场路面转换成数字路面,导入实际参数搭建某SUV 底盘刚柔耦合模型,将三者结合进行多体动力学仿真㊂提取多体动力学结果中各零部件的路面载荷谱导入至疲劳耐久仿真软件,以SUV 前副车架为例计算汽车底盘部件的疲劳寿命㊂该仿真方法的实施可实现耐久性能设计前置,缩短研发周期降低成本㊂关键词:CDTire 轮胎模型;多体动力学仿真;数字路面;疲劳耐久仿真中图分类号:U463.341;TQ336.1Fatigue Durability Simulation Analysis of Chassis Components Based on CDTireYAN Tang,GAO Fengling,GENG Dongliang,BU Xiaobing(CATARC Automotive Test Center (Tianjin)Co.,Ltd.,Tianjin 300300,China)Abstract :In order to effectively check the design problems of chassis system in the early stage of vehicle development,based on theCDTire model,the fatigue durability simulation method of chassis components using virtual proving ground technique was established.Thehigh-precision CDTire model was established according to the tire test data.By using 3D scanning technique,the test road was converted into digital one.The model of an SUV chassis was built by introducing the actual parameters,and the multi-body dynamic simulation was thus con-ducted.The road excited load spectrum of each component from the multi-body dynamics results was extracted and imported into the fatiguedurability simulation software.The fatigue life of the front sub frame was calculated as an example.The simulation method can realize the pre design of durability,shorten the development cycle and reduce the cost.Keywords :CDTire model;Multi-body dynamics simulation;Digital road;Fatigue durability simulation0㊀引言在整车的研发过程中,零部件的疲劳分析需要样车试验场载荷数据采集作为输入,利用多体动力学模型通过疲劳仿真软件计算疲劳寿命,这种传统疲劳耐久研究方法由于仿真结果的时间滞后性造成汽车零部件的优化空间减小㊁优化成本增加[1]㊂解决这一问题就需要将疲劳耐久分析前置,通过虚拟路面技术,将多体动力学模型结合高精度轮胎模型在高可靠性数字路面上进行试验场工况仿真[2],提取虚拟载荷谱作为后续疲劳寿命计算输入[3]㊂轮胎模型的适用性以及精度是建立虚拟路面技术的关键㊂CDTire 轮胎模型是应用成熟的物理轮胎模型之一㊂由于考虑了轮胎截面信息,CDTire 模型精度较高㊂覆盖频率较宽的特征使其能够满足操作稳定性㊁耐久性及NVH 等车辆性能的共同开发,可为企业节约研发成本[4]㊂目前CDTire 模型在国外应用较为广泛,因其轮胎建模要求高,轮胎试验复杂,国内对其研究尚不充分,CDTire 模型在整车虚拟路面仿真应用相对较少㊂本文作者是在熟练掌握CDTire 轮胎建模方法基础上,结合多体动力学软件㊁3D 数字路面技术以及结构疲劳寿命分析方法实现了汽车底盘部件虚拟路面疲劳耐久全流程开发㊂1㊀CDTire 建模CDTire 是一种3D 非线性物理轮胎模型,其优势在于适用的频率范围宽,可用于汽车操纵稳定性㊁耐久性㊁平顺性以及整车路噪分析㊂基于轮胎的静态(刚度)㊁稳态(滑移)及动态(凸块冲击)等多种工况力学性能测试数据,通过对比测试与仿真曲线的整体趋势与关键特征辨识轮胎参数建立模型,如图1所示㊂图1㊀轮胎模型应用流程Automobile Parts 2021.01061CDTire 模型包括质量㊁各层的刚度㊁阻尼㊁预紧力及其沿几何截面的分布权重等100余项参数㊂文中参考某车型选用的205/50R 17型号轮胎,轮胎的质量为9.4kg ,标准胎压为0.23MPa ,标准载荷为650kg ,轮胎工况试验台架如图2所示㊂图2㊀轮胎试验台架CDTire 每一类测试均需要考虑轮胎的预载㊁胎压以及速度等多种工况㊂鉴于轮胎的垂向刚度㊁侧向刚度以及动态冲击刚度对整车多体动力学仿真结果影响较大,如图3所示,给出了部分轮胎205/50R 17的CDTire 仿真曲线与试验曲线对比结果㊂根据层次结构误差计算理论,在所有的层次结构中,除了最内部的层次外,其余均为误差的加权和,轮胎辨识的总误差(err Total )是所有测试工况误差加权和,其计算方法如下:err Total =Σexp err exp ㊃ωexpΣexp ωexp(1)式中:err exp 为每个辨识工况组误差值,ωexp 为误差权重因子㊂计算得到的轮胎205/50R 17CDTire 模型误差为0.2051,满足工程要求㊂图3㊀205/50R 17轮胎部分测试与仿真对比结果2㊀数字路面扫描虚拟试验场数字路面是通过车载3D 激光扫描仪对试验场路面进行扫描,然后将扫描的3D 数据生成数字路面,建立多条疲劳耐久路面数据库,作为CAE 整车疲劳耐久性能仿真激励[5]㊂虚拟路面使用的车载3D 激光扫描仪包括:GPS 定位㊁惯性测试单元IMU ㊁激光仪㊁照相机㊁里程记录仪等设备和相应传感器㊂其工作原理是利用激光反射进行测距,扫描频率在200Hz 以上,扫描的路面特征误差不超过1mm 实现时时记录试验路面信息㊂扫描完成以后利用软件对测量的点云数据进行网格化处理,网格的尺寸要求不超过5mm ˑ5mm ,最后将路面文件格式转化为多体动力学仿真软件识别的CRG 文件㊂图4为比利时实景路面与数字路面对比㊂图4㊀比利时实景路面与数字路面对比3㊀整车建模整车多体动力学模型由前悬架系统㊁后悬架系统㊁转向系统㊁动力系统㊁车身系统㊁轮胎系统等组成㊂各子系统模型搭建需要输入的参数包括:模型的硬点参数㊁零部件的质量和转动惯量㊁衬套各项特性参数㊁减振器和弹簧的参数㊁构件连接方式㊁动力系统参数等[6]㊂以某品牌增程式后驱电动SUV 为例,采用麦弗逊式前悬架和多连杆形式后悬㊂根据整车参数信息修改多体动力学软件模型库中参数,轮胎采用创建的205/50R 17CDTire 模型㊂由于发动机的高频振动和车身的外形对多体动力学载荷提取影响很小,所以为了简化模型将发动机和车身由质量点代替,搭建的整车模型如图5所示㊂图5㊀整车多体动力学模型2021.01 Automobile Parts062求解式(2) 式(4)微分方程组即可获取整车实时运动状态[7]:m d u x d t=(F x 1+F x 2)cos δ-(F y 1+F y 2)sin δ+F x 3+F x 4+mωu y (2)m d u y d t =(F x 1+F x 2)sin δ-(F y 1+F y 2)cos δ+F y 3+F y 4+mωu x(3)d ωd t =1I zz[a (F x 1+F x 2)sin δ+a (F y 1+F y 2)cos δ-b (F y 3+F y 4)-L 2(F x 1-F x 2)cos δ+L 2(F y 1-F y 2)sin δ-L2(F x 3-F x 4)](4)式中:L 为轮距(设前后轮距相等);F xi 为各车轮的纵向力;F yi 为各车轮的横向力;u x 为汽车纵向速度;u y 为汽车横向速度;ω为汽车横摆角速度;δ为前轮转角;a 为前轴到质心的距离;b 为后轴到质心的距离;m 为汽车总质量;I zz 为车身绕z 轴的转动惯量㊂在多体动力学分析过程中,由于零部件存在弹性变形,影响整车系统运动学特性仿真精度,因此将前副车架㊁前稳定杆㊁前摆臂㊁后副车架㊁后稳定杆离散成柔性体㊂多体动力学柔性体文件创建有3种方法:(1)通过软件直接创建成柔性体文件;(2)离散梁功能,将杆类构件离散成许多小刚性构件,刚性构件之间采用柔性单元连接,实现柔性化;(3)采用有限元软件将构件划分成小单元,生成MNF 柔性文件㊂文中采用第三种方式,首先将零部件进行网格划分,定义构件的材料和属性,然后以零部件的硬点位置为主节点,以安装位置或接触面范围内的节点为从节点,创建Rbe2单元㊂将柔性文件导入多体动力学软件中,在刚性体和柔性体连接处建立界面和通信器,并且在载荷提取位置建立相应的输出命令,便于多体动力学仿真载荷输出㊂4 前副车架疲劳仿真分析4.1㊀零部件载荷提取将搭建的整车模型和数字路面导入,进行虚拟路面仿真,根据试验场规定车速设置仿真模型的行驶速度,求解器的积分类型设置为GSTIFF ,最大求解时间步长为0.001s ㊂从仿真结果中提取关键零部件的载荷信息㊂根据建立的模型输出设置,提取零部件六向分力F x ㊁F y ㊁F z 和T x ㊁T y ㊁T z ㊂为了验证模型仿真的准确性,首先对其左右轮心处的载荷进行对比[8],如图6和图7所示整车模型模拟经过30ʎ障碍路段的载荷,由于Y 载荷相对较小,只进行Z 向和X 向载荷对比,载荷谱左右轮心处的频率和幅值大小相同,两个轮心载荷值在时域上一致,证明搭建的模型和数字路面仿真准确[9]㊂图6㊀左右轮心Z向力图7㊀左右轮心X 向力4.2㊀零部件疲劳仿真分析由于前后副车架的关联零部件多,受力也更复杂,风险点多,一旦前后副车架疲劳失效会影响整车的安全性能,所以文中选择两者之一的前副车架作为疲劳耐久分析对象㊂前副车架生成柔性体文件时,为了避免出现焊缝应力集中,焊缝单元与其连接单元均采用四边形单元㊂图8为前副车架有限元模型㊂Automobile Parts 2021.01063图8㊀前副车架有限元模型采用惯性释放方法,通过在硬点位置施加各个方向单位力,得到前副车架单位力作用下的应力㊂根据前副车架的应力和仿真载荷谱,并结合材料的S-N 曲线,累加得到单一路面单次循环前副车架的损伤值㊂根据Miner 线性疲劳积累理论[10],零部件在受到恒定循环载荷时其平均损伤值为1/N ,N 为载荷循环总次数,当载荷进行n 次循环后零部件的总损伤为C =n /N ㊂当零部件受到无规律的载荷时,其总损伤是其单一载荷损伤的叠加之和,表达式为:D =ðli =1n iN i(5)式中:l 代表零部件受到不同载荷的次数;n i 代表第i 种载荷下受到的损伤的次数;N i 代表第i 种载荷下能够承受的损伤总次数;D 代表零部件受到总的损伤值,当D ⩾1时,认为零部件因疲劳损伤造成结构失效㊂表1为仿真中耐久路面测试的速度和循环次数㊂表1㊀疲劳耐久试验路面车速循环次数序号试验路面名称车速/(km ㊃h -1)循环次数1卵石路2515002振动路406123扭曲路10357426"坑洼556435破损路701196石块路606187颠簸路151978沟渠路152329路沿路552410铁轨路309611路障20197前副车架的钣金疲劳分析结果如图9所示,其损伤最大在前副车架与摆臂后安装点,损伤值为0.2074远低于1,副车架钣金疲劳寿命满足车辆的设计使用寿命㊂图9㊀前副车架钣金损伤云图前副车架由于是钣金焊接而成,故需要对前副车架的焊缝进行疲劳仿真分析[11],如图10所示,根据损伤结果云图最大损值为0.966,最大损伤位于前副车架前端焊缝起始位置,由于焊缝起始位置的应力集中比焊缝中间部分所大造成,但其损伤值低于1,满足设计的使用寿命㊂图10㊀前副车架焊缝损伤云图5 结论随着3D 轮胎模型精度的提高和虚拟数字路面技术的发展,2021.01 Automobile Parts064使得汽车虚拟路面仿真技术的优势更加突出,使用越来越广泛㊂文中根据轮胎试验工况数据建立CDTire 轮胎模型,配合3D 数字路面和多体动力学模型,建立完整的底盘部件虚拟路面疲劳耐久仿真流程,并完成某SUV 前副车架钣金和焊缝的疲劳性能仿真分析㊂该技术路线的有效实施可以实现前置疲劳耐久性能分析方分析,缩短研发周期,降低企业研发的成本㊂参考文献:[1]顾轶敏,刘斌,陈有松,等.副车架疲劳载荷分析方法[J].农业装备与车辆工程,2019,58(2):146-150.GU Y M,LIU B,CHEN Y S,et al.Analysis method of sub-frame fa-tigue load [J].Agricultural Equipment &Vehicile Engineering,2019,58(2):146-150.[2]刘金,李伟,刘春立,等.基于载荷谱的主减速器耐久性分析与预测[J].汽车技术,2019(10):19-22.LIU J,LI W,LIU C L,et al.Durability analysis and fatigue life pre-diction of final drive based on load spectrum[J].Automobile Tech-nology,2019(10):19-22.[3]李鹏宇.基于试验场典型路面谱的车身载荷提取与疲劳寿命分析[D].柳州:广西科技大学,2019.[4]GAO F L,ZHAN N,BU X B.Research on tire model parameteridentification strategy based on CDTire /3D[J].Journal of Statistical Mechanics,2020(5):1550-1554.[5]荣兵,肖攀,周建文.基于实测载荷谱和仿真载荷谱的底盘疲劳分析及对比[J].振动与冲击,2018,37(12):179-186.RONG B,XIAO P,ZHOU J W.A fatigue comparative analysis of chassis based on simulated road load spectrum and measured road load spectrum[J].Journal of Vibration and Shock,2018,37(12):179-186.[6]么鸣涛,曹锋,曲劲松,等.基于ADAMSCar 的汽车建模与仿真研究[J].汽车实用技术,2020(5):138-142.YAO M T,CAO F,QU J S,et al.Modeling and simulation researchon automobile based on ADAMS-car[J].Automobile Applied Tech-nology,2020(5):138-142.[7]肖川.联合动力学与运动学的汽车状态估计[J].山东交通学院学报,2019,27(4):7-13.XIAO C.Vehicle state estimation based on 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Engineering,2017,39(7):802-806.日开发出迄今最透明最薄电位传感器膜㊀㊀大阪大学的一个研究小组,成功开发出了全球最薄㊁透明度最高的电位传感器膜㊂银纳米线的透明电极,因具备金属特性,拥有优异的导电性,而且比较柔韧,已逐渐被公认为是易于提高性能的材料㊂研究小组开发了通过湿式工艺 亲水性/疏水性图案化来实现银纳米线电极微细化的技术,由此实现了同时具备透明性㊁导电性㊁柔韧性和微细图案4个特点的透明电极㊂银纳米线布线采用十字配向结构时,实现了最小20μm 宽(与单个细胞尺寸相同)的图案尺寸㊂银纳米线电极的特性方面,25μm 宽产品的薄膜电阻为25Ω/sq,可见光透射率高达96%㊂这些特性与大面积银纳米线透明电极相当,证明了新开发的微细化方法的有效性㊂(来源:日本科学技术振兴机构)毫米波技术正广泛应用于无人驾驶㊀㊀毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达,是测量被测物体相对距离㊁相对速度㊁方位的高精度传感器,早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子㊁无人机㊁智能交通等多个领域㊂同超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小㊁质量轻和空间分辨率高的特点㊂与红外㊁激光㊁摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾㊁烟㊁灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点㊂另外,毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他车载传感器㊂由于毫米波在大气中衰减弱,所以可以实现更远距离的探测与感知,其中远距离雷达可以实现超过200m 的感知与探测㊂目前各个国家对车载毫米波雷达分配的频段各有不同,但主要集中在24GHz 和77GHz㊂频段在24GHz 左右的毫米波雷达检测距离有限,因此常用于检测近处的障碍物,常被用来实现的功能有盲点检测㊁变道辅助等,主要为换道决策提供感知信息㊂而性能良好的77GHz 雷达的最大检测距离可以达到160m 以上,因此常被安装在前保险杠上,正对汽车的行驶方向㊂长距离毫米波雷达能够用于实现紧急制动㊁高速公路跟车等功能;同时也能满足自动驾驶领域,对障碍物距离㊁速度和角度的测量需求㊂(来源‘科技日报“)。
汽车底盘车架耐久性测试与评估
汽车底盘车架耐久性测试与评估汽车底盘车架是整车的重要组成部分，它承载着车身、悬挂、引擎等各种重要部件。
因此，确保汽车底盘车架的耐久性是保证车辆安全性和使用寿命的关键所在。
为了评估汽车底盘车架的耐久性，汽车制造商通常进行一系列的测试。
首先，汽车底盘车架需要进行静态测试。
静态测试主要用于评估车架的结构强度，检查其是否符合相关的技术标准和安全要求。
测试过程中，测试人员会施加不同方向的力来模拟真实道路上的负载情况，例如横向力、纵向力和扭矩力。
通过静态测试，可以确定车架的强度和韧性，以确保在不同负载情况下的长期使用安全。
其次，汽车底盘车架还需要进行动态测试。
动态测试是模拟车辆在实际道路行驶过程中所受到的各种动态负载的测试。
这种测试通常使用计算机控制的振动台或者在实际道路上进行。
在动态测试中，测试人员会模拟各种路面条件和行驶情况，例如减速带、颠簸路面和急转弯等。
通过观察车架在不同动态负载下的变形情况和噪音产生情况，可以评估其对振动和冲击的抵抗能力。
同时，为了评估汽车底盘车架的耐腐蚀性，还需要进行盐雾测试。
盐雾测试是通过将带有盐水溶液的喷雾器喷洒在车架表面，模拟海滨地区或者冬季使用时受到的腐蚀环境。
在测试过程中，测试人员会观察车架表面是否出现生锈或者腐蚀的迹象。
通过盐雾测试，可以评估车架的耐腐蚀性能，确保其在恶劣环境下的长期使用安全。
除了上述测试，还需要进行疲劳测试。
疲劳测试是通过模拟车架在实际行驶过程中所受到的重复负载来评估其疲劳寿命。
测试过程中，测试人员会施加不同幅度和频率的负载来模拟车辆碰撞、颠簸和加速等情况。
通过观察车架在循环负载下的变形情况，可以预测其疲劳寿命和可靠性。
疲劳测试是评估车架抗疲劳性的重要手段，能够帮助车辆制造商改进车架设计和材料选择。
最后，为了全面评估汽车底盘车架的耐久性，还需要进行实际路试。
实际路试可以模拟真实道路条件下的使用情况，包括不同路面、不同驾驶方式和不同负载。
通过对车架在实际道路上的行驶情况进行观察和记录，可以收集到更真实的数据，并验证之前的测试结果。
基于实测载荷谱的副车架疲劳寿命估算方法
基于实测载荷谱的副车架疲劳寿命估算方法副车架是汽车底盘的一部分，是连接车轮、传动系统和悬架系统的主要构成部分。
它不仅要支撑整个汽车的重量，还要承受路况不良和载荷变化造成的负荷。
因此，副车架的疲劳寿命是汽车安全性和使用寿命的重要因素。
本文将讨论一种基于实测载荷谱的副车架疲劳寿命估算方法。
首先，测量和记录副车架在不同驾驶情况下的载荷变化。
它可以通过安装传感器来完成，该传感器可以记录副车架在不同路面、加速、刹车和转向等情况下的荷载。
这些测量结果可以作为载荷谱输入到疲劳寿命估算模型中。
其次，根据实验室测定得到的应力奋斗历程进行疲劳寿命试验，以获得副车架在该应力状况下的疲劳寿命。
然后可以使用疲劳寿命测试数据建立基于副车架所受载荷的疲劳寿命曲线，以估算不同载荷情况下副车架的疲劳寿命。
最后，将谱法理论应用于载荷谱中的副车架负载，得到当期载荷对应的等效疲劳载荷，并应用于副车架疲劳寿命曲线中以估算副车架的疲劳寿命。
根据所得到的结果，可以给出推荐的维护和更换周期。
然而，该方法存在的主要问题是，载荷谱的随机性质使得结果存在一定的误差。
此外，由于不同车辆的操作条件和使用环境不同，因此需要考虑实测数据的个体差异。
因此，建立一个可重复性高、可靠性强的疲劳寿命估算方法是当前研究的重点。
综上所述，随着计算机技术的不断发展，副车架的疲劳寿命估算方法将不断完善。
应在实践中运用合理的负载谱获取方法并结合疲劳寿命测试结果，以实现对汽车底盘的安全使用和长寿命的保障。
除了基于实测载荷谱的副车架疲劳寿命估算方法之外，还有一些其他方法可以用来评估副车架的疲劳寿命。
例如，可以使用计算机模型来模拟驾驶循环，并预测副车架在不同载荷下的应力状态。
它可以基于模拟结果建立疲劳寿命模型，以估算副车架的疲劳寿命。
此外，还可以使用裂纹扩展方法，以测定裂纹在副车架上扩展的速度。
通过中断试验，可以根据49CFR 393.207标准来估算副车架的疲劳状态，以确定是否需要维修或更换。
汽车零部件疲劳寿命分析与预测研究
汽车零部件疲劳寿命分析与预测研究汽车零部件的疲劳寿命是一个非常重要的问题，在汽车工业中占有极其重要的地位。
汽车零部件的疲劳寿命分析与预测研究可以更好地了解汽车零部件的寿命和可靠性，为汽车设计提供更准确、可靠和高效的设计方法与理论支持。
一、汽车零部件与疲劳寿命汽车是由各种零部件组成的复杂机械系统，包括发动机、变速箱、转向系统、制动系统、悬挂系统等。
每个零部件都承担着不同的功能和负载，同时都存在疲劳寿命的问题。
疲劳是在交变载荷作用下由应力循环引起的材料损伤，它是导致机械零部件失效的主要原因之一。
汽车零部件的疲劳寿命可以影响汽车的安全性、可靠性和经济性，因此，研究汽车零部件的疲劳寿命十分必要且具有重要意义。
二、疲劳寿命分析方法疲劳寿命分析通常采用材料力学和有限元分析等方法。
其中，有限元分析是一种较为精确、可靠的分析方法，可以模拟出汽车零部件在受载状态下的应力和应变分布情况，进而得出其疲劳损伤程度、寿命等信息。
有限元分析需要输入准确的载荷边界条件和材料性能参数，但是它可以很好地表征汽车零部件的受载状态和损伤程度，为汽车零部件的疲劳寿命分析和预测提供了可靠、准确的计算手段。
三、影响汽车零部件疲劳寿命的因素汽车零部件的疲劳寿命受到众多因素的影响，主要包括材料、几何结构、工艺等方面。
材料是影响疲劳寿命的最主要因素之一，硬度、强度、韧性等指标都会对疲劳寿命产生影响。
在设计汽车零部件的时候，应该根据零部件的使用环境和工作条件，选择合适的材料以提高零部件的疲劳寿命。
另外，汽车零部件的几何结构也会直接影响其疲劳寿命，如连接方式、设计模式、边界约束等，这些因素会使汽车零部件对载荷的承载能力不同，从而影响其疲劳寿命。
另外，工艺也是影响疲劳寿命的重要因素，如清洗、加工、热处理等，它们都可能直接影响零部件的结构和性能，从而影响其疲劳寿命。
四、疲劳寿命预测方法疲劳寿命预测是疲劳寿命分析的重要环节之一，它可以为汽车零部件的设计、使用和维护提供依据。
卡车底盘有限元应力分析以及预测疲劳寿命
自于 发动机 的振 动 和道路 的粗 糙度 ， 现 有汽 车底 盘 的设 计 通常 基于 静态设 计 ， 重点 设计 是支 撑载 荷结 构 的强度 设计 ． 但 是汽 车底 盘 的载荷包 括 静态 载荷 、 动态 载荷 和疲 劳 载荷 ． 据 统计 结 构失 效 的 原 因有 ８ ５—
９ ０ ％属 于疲 劳 载荷 ’ ” ． 所 以在 动 态和疲 劳 运转状 态下 的汽 车 底 盘上 确 定 和优 化发 动 机 、 悬架 、 传 输 等 部件 的安装 点 是非 常重要 的．
中图分类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ — ８ ０ ３ ６ （ ２ ０ １ ５ ）０ ３ － ０ ０ ３ ７ － ０ ４
应力 的大 小可 以用来 预 测卡 车底 盘寿命 ¨ ， 卡 车底 盘 的寿命 预测 精度 取决 于应 力分 析 的结 果 ， 应
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５— ０ ６—１ ０
基金项 目： 营 口理 工 学 院科 研 项 目（ Ｎ ｏ ． Ｑ Ｎ Ｌ ２ ０ １ ５ ０ ９ 、 Ｎ ｏ ． Ｑ Ｎ Ｌ ２ ０ １ ５ １ ４ ） ．
作者简介 ： 王笑竹 （ １ ９ ８ ２一） ， 女（ 汉族 ） ， 辽 宁 营 口人 ， 营 口理 工 学 院 机 电工 程 系 讲 师 ， 硕士 ， 主要研究方 向 ： 从 事 超 声 电机与压电材料和有限元．
伸 强度 ６ ２ ０ ＭＰ ａ ． 弹性 模量 ２ ０ ７ １ ０ ９ Ｐ ａ ， 密度 ７ ８ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ， 泊松 比 ０ ． ３ ， 屈服 强度 ５ ５ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 抗 拉强度 ６ ２ ０
Ｍ Ｐａ ．
通 过卡 车 自身和 货物 的重 量对 卡车底 盘模 型施 加静 态 载荷 ． 对 应 于静 态 载荷 ， 最 大 载荷 量 是 ３ ６ ０ ０ ０
汽车疲劳寿命预测的遗传算法优化方法研究
汽车疲劳寿命预测的遗传算法优化方法研究近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车的使用寿命也成为了人们关注的焦点。
而汽车的疲劳寿命预测是影响汽车寿命的一个重要因素。
为了更好地预测汽车的疲劳寿命，研究者们开始应用遗传算法来进行优化处理。
遗传算法是一种基于进化论思想而诞生的启发式优化算法。
它通过模拟基因的交叉、变异和选择等自然进化过程，一步步寻找到最优解。
而在汽车疲劳寿命预测中，遗传算法的优化方法也逐渐得到广泛应用。
汽车疲劳寿命预测的优化方法大致可以分为两类：一种是基于统计分析的方法，另一种是基于有限元分析的方法。
基于统计分析的方法主要是通过实验和数据分析来对汽车的疲劳寿命进行预测。
而基于有限元分析的方法则是通过建立数学模型，对汽车的结构进行力学分析，从而预测汽车的疲劳寿命。
无论是基于统计分析还是基于有限元分析的方法，都需要通过遗传算法进行优化处理。
遗传算法可以通过优化汽车结构参数，使得汽车在不同载荷和路面条件下的疲劳寿命都能够达到理想状态。
而研究者们还可以利用遗传算法来优化汽车的整体结构，减少结构的重量，从而提高汽车的性能和耐久性。
在实际应用中，遗传算法可以通过以下步骤进行优化处理：首先，确定汽车疲劳寿命预测的目标函数。
目标函数一般包括疲劳强度、应力范围、应力密度等指标。
确定好目标函数后，可以通过有限元分析等方法计算出汽车在不同载荷和路面条件下的疲劳寿命。
其次，构建预测模型。
预测模型一般是由结构参数、材料参数和载荷参数组成的。
对于不同类型的汽车，预测模型会有所不同。
构建好预测模型后，就可以通过遗传算法进行结构优化。
然后，通过遗传算法进行结构参数优化。
遗传算法可以针对指定的目标函数和约束条件，确定汽车结构的最佳设计方案。
最后，对优化后的设计方案进行验证。
验证可以通过有限元分析、实验测试等方式进行。
如果设计方案符合预期，就可以进一步开展制造和应用。
总体来说，遗传算法优化是一种非常有效的汽车疲劳寿命预测方法。
汽车底盘车架设计中的疲劳寿命分析
汽车底盘车架设计中的疲劳寿命分析汽车底盘车架作为汽车的主要部件之一，承担着车辆负荷传递和支撑车身的重要任务。
然而，在日常使用中，车架会承受各种道路条件带来的振动和冲击载荷，因此必须通过疲劳寿命分析来保证其结构的安全可靠性。
疲劳寿命分析是通过分析材料在循环载荷作用下的应力和应变历史来评估结构的使用寿命。
在汽车底盘车架设计中，疲劳寿命分析能够确保车架结构在长期使用过程中不会出现疲劳断裂，从而保证行车安全。
首先，在疲劳寿命分析中，需要进行材料的应力和应变分析。
根据车架的几何形状和所受的载荷条件，可以使用有限元分析方法对车架进行建模，并计算车架各个部位的应力和应变分布。
通过这一步骤，可以得到车架在循环载荷下的受力情况。
其次，在知晓车架的应力和应变分布后，需要进行疲劳寿命预测。
疲劳寿命预测是通过使用经验公式或材料的S-N曲线，将应力幅值和循环次数进行匹配，以确定车架在循环载荷下的寿命。
根据材料的疲劳性能和加载情况，可以预测车架在不同循环载荷下的疲劳寿命。
此外，疲劳寿命分析还需要考虑到材料的变形和应力集中情况。
材料的可塑变形会导致结构在受载过程中的局部应力升高，从而影响其疲劳寿命。
因此，在进行疲劳寿命分析时，需要对车架的变形情况进行分析，并采取适当的设计措施来降低应力集中。
在实际的车架设计过程中，还需要考虑到不同材料的选择和优化。
不同材料的抗疲劳性能不同，因此，在进行车架设计时，需要选择适当的材料并进行结构的优化，以提高车架的疲劳寿命。
此外，在进行材料选择和优化时，还需要考虑到材料的成本、加工性能以及环境要求等因素。
最后，为了确保车架结构的安全可靠性，还需要进行疲劳试验验证。
通过对车架样件进行实验加载，可以验证疲劳寿命分析的准确性，并对车架的设计进行优化。
疲劳试验还可以为车架的维修保养提供参考，预测车架在实际使用中的寿命。
综上所述，汽车底盘车架设计中的疲劳寿命分析是确保车架结构安全可靠性的重要环节。
通过对车架的应力和应变分析、疲劳寿命预测以及材料选择和优化等步骤，可以保证车架在循环载荷下的使用寿命。
汽车底盘车架设计中的材料疲劳分析
汽车底盘车架设计中的材料疲劳分析在汽车底盘车架设计中，材料疲劳分析是一个非常重要的环节。
疲劳是指材料在受到交变载荷作用后，由于循环应力的累积导致材料发生破坏的现象。
而在汽车底盘车架上，由于长时间承受着各种道路条件下的载荷作用，材料的疲劳问题尤为突出。
为了确保汽车底盘车架的安全性和耐久性，对材料的疲劳行为进行分析是必要的。
疲劳分析的主要目的是预测材料在循环载荷下的寿命，并找出可能导致失效的主要因素。
在进行材料疲劳分析时，可以采用多种方法和工具。
首先，为了确定材料的疲劳性能，可以进行试验测试。
常用的试验方法包括S-N曲线试验、屈服试验和冲击试验。
通过这些试验，可以获取到不同应力水平下材料的寿命数据，从而对材料的疲劳性能进行评估和比较。
其次，在计算疲劳寿命时，需要考虑到材料的强度和应变的作用。
通常，可以采用疲劳强度估计方法来评估材料的寿命。
其中，常用的方法有正常应力分析法和奥兰鲍姆邻应力法。
这些方法主要是基于概率统计理论，通过考虑载荷历史和应力集中因素来估计材料的疲劳寿命。
同时，为了更准确地评估材料的疲劳行为，还需要考虑到材料的应力情况和应力集中因素。
底盘车架在实际使用时，由于复杂的道路条件和车辆负荷，使得车架上的应力水平和应力集中情况较为复杂。
因此，在进行材料疲劳分析时，需要考虑到这些影响因素，并进行相应的计算和分析。
此外，在进行材料疲劳分析时，还需要考虑到材料的局部应力和应力历史。
在汽车底盘车架上，存在着大量的焊接接头和连接部位，这些部位往往是材料发生疲劳失效的主要位置。
因此，疲劳分析时需要将焊接接头和连接部位的应力情况考虑在内，并进行相应的计算和评估。
最后，在进行材料疲劳分析时，还需要考虑到材料的使用环境和工作条件。
汽车底盘车架在实际使用时，承受着复杂的道路条件和车辆负荷，这些因素将直接影响到材料的疲劳寿命。
因此，在进行材料疲劳分析时，需要考虑到这些因素，并进行相应的计算和分析。
总之，材料疲劳分析在汽车底盘车架设计中具有重要的意义。
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汽车底盘部件疲劳寿命预测研究
随着社会的发展和经济水平的提高，人们对汽车的需求也日益增长。
汽车由各种不同的零部件组成，其中底盘部件是汽车的重要组成部分，直接影响着汽车的行驶安全和稳定性。
然而，由于汽车长期在各种环境下运行，底盘部件的疲劳寿命成为制约汽车行驶安全和可靠性的主要因素。
因此，针对汽车底盘部件的疲劳寿命预测研究具有重要的理论和实践价值。
一、疲劳寿命预测的必要性
底盘部件的疲劳寿命预测是指对底盘部件在不同工况下的疲劳寿命、损伤范围以及失效模式进行计算和分析。
疲劳寿命预测的主要目的是评估底盘部件在使用过程中的寿命和安全可靠性。
如果底盘部件无法在规定寿命内发现并更换，那么可能会导致严重的事故，给人们的生命财产造成巨大的损害。
例如，汽车底盘部件中的螺栓或是轮轴在使用过程中会面临较大的应力和疲劳载荷，例如承载车身质量和转向力等。
如果螺栓或轴承受太多的应力，可能会发生裂纹和断裂，导致车辆失控等严重后果。
因此，疲劳寿命预测是确保底盘部件长期稳定、可靠工作的必要条件。
二、疲劳寿命预测的方法
目前，汽车底盘部件的疲劳寿命预测方法主要有有限元分析方法、试验方法以及统计推断方法等。
1. 有限元分析方法
有限元分析方法是一种通过计算机模拟推断疲劳寿命的方法。
通过有限元分析软件，可以将底盘部件的实体模型转换为数字模型，并在数字模型的基础上进行不同条件下的受力分析和疲劳寿命预测。
有限元分析方法具有计算精度高、计算速度快的优点，因此广泛应用于汽车底盘部件的疲劳寿命预测中。
2. 试验方法
试验方法是通过实验测定底盘部件的疲劳寿命。
常用的试验方法包括低周反复
试验（常称为低周疲劳试验）、高周反复试验（常称为高周疲劳试验）和高温蠕变试验等。
试验方法能够直接反映底盘部件的疲劳寿命，但是实验成本高、周期长，且结果会受到实验条件的影响。
3. 统计推断方法
统计推断方法是一种基于大量数据统计的方法。
通过对大量底盘部件疲劳失效
数据进行统计分析，可以得出底盘部件的平均疲劳寿命、失效概率等。
统计推断方法具有基础数据广泛、计算速度快等优点，但是与实际情况存在较多偏差。
三、底盘部件疲劳寿命预测的影响因素
底盘部件的疲劳寿命受到多种因素的影响。
主要包括材料、零件开发方法、组
装工艺、质量控制和使用条件等。
1. 材料的影响
材料是汽车底盘部件的重要组成部分，直接影响底盘部件的疲劳寿命。
汽车底
盘部件主要采用的材料包括铝合金、钢材、铸铁等。
在材料的选择过程中，需要考虑强度、韧性、耐腐蚀性等多种性能指标。
2. 零件开发方法的影响
零件开发方法是指零部件的设计、制造、加工、组装等各个环节。
针对汽车底
盘部件的疲劳寿命预测，需要在零件开发过程中考虑到疲劳寿命的影响因素。
例如，在螺栓的设计过程中，需要对螺栓的强度和刚度进行计算分析，并在零件加工过程中控制好螺栓的表面状态及工艺装备。
3. 组装工艺的影响
汽车底盘部件的疲劳寿命与组装工艺密切相关。
例如，在制动装置的组装过程中，需要调整制动片与制动盘的接触面积、接触面平整度，否则可能会降低制动器性能，进而导致底盘部件的失效。
4. 使用条件的影响
使用条件是指汽车在使用过程中受到的环境、道路、气候、负载等多种条件的
影响。
使用过程中汽车的负载大小、行驶速度、路面状态等都会对底盘部件的疲劳寿命产生影响。
总之，汽车底盘部件的疲劳寿命预测是确保汽车行驶安全和可靠性的关键因素。
虽然目前汽车底盘部件的疲劳寿命预测方法已经较为成熟，但在不断发展的汽车工业中，还需要不断完善和加强底盘部件的疲劳寿命预测技术，以确保汽车的行驶安全和可靠性。