汽车车架中的铆钉结构应力分析研究
基于有限元分析的重型卡车车架铆钉应力精确计算法
（ ．Ｓａ ｅ ａ．ｏ ｃａｉ ｌ ｒ ｓ ｉ ｉ ａ ｔｔ Ｋ ｙＬｂ ｆ ｅ Ｍｅｈ ｎ ａ Ｔａ ｍ ｓ ｏ ｃ ｎ ｓｎ ｂ ｎ ｏａｉ ａｅｆ ｒｄ ａ ｓ ｈｎｑｎ ｎｖ ， ｈｎ ｑ ｇ ００ ４ Ｃ ｉａ ．Ｉｎｖｔ ｎＢ ｓ ｏ Ｇ ａｕｔ ，Ｃ ｏｇ ｉ Ｕ ｉ． Ｃ ｏ ｇｉ ０４ ， ｈ ） ｏ ｒ ｅ ｇ ｎ４ ｎ
ｓｒ ｓ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ｍｅ ａ ｄ ｉｓ ｒｖ ｔ Ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｓ ｄ ｏ ｎｉ ｌｍｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ ． Ｗ ｈ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｔｅ ｓ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｆ ｆａ ｎ ｔ ｉ ｅｓ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂａ ｅ ｎ ｆ ｔ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｒ ｕ ｓｒ ｎ ｔ ｎａｙ ｉ ｓ ｐ ｔｏ ｏ ｅ ｆａ ｔｅ ｇｈ ａ ｌｓｓｉ ｕ ｎ ｗｈ ｌ ｒ ｍｅ，ｔｅ ｒｖ ｔ ｒ ｓｒ ｔ ｓｎ ｅ ｍ ｌ ｍｅ ｔ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｌｎ ａ － ｈ ｅｓａ ｅ ｄｉｃ ｅ ｅ ｕ ｉｇ ｂ ａ ｅｅ ｎ ｓａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｉ ｅ ｒ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｓ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｔ ａ ｉ ｅｓ ｏ ｅ ｖ ｕ ｙ ｔ ｃ ｒ ａ ｆ ｗｈ ｌ ｒ ｖ ｌ ｇ，ａ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｏ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｈ ｔｒ ｔ ｆ ａ ｈ ａ ｙ ｄ ｔ ｒ ｋ ｂ ｅ ｋ ｏ ｉ ｔ ｅ ｉ ｖ ｕ ｅ ａ ｎ ｔｏ ｎ
基 于有 限元 分 析 的重 型卡 车 车架 铆 钉应 力 精 确 计算 法
叶玉喜 ， 邵毅敏 索 小争 ，
（ 重庆 大学 ａ ．机械 传动国家重点实验 室；．研 究生创新基地 ， ｂ 重庆 ４ ０４ ） ０ ０４
汽车车架中的铆钉结构应力分析研究
【巧】·｛△“｝＝｛Ｆ）＿｛Ｆ”｝ 式中：［坼】为切线刚度矩阵；｛缸）为位移增量；伊｝为 外部载荷向量；扩”）为内部力向量。反复迭代，直到 ｛Ｆ｝一俨”｝在允许误差范围内结束计算，这是一个以 求解时间为代价的复杂求解过程。
由车架整体静强度分析得知，铆钉附近板壳的应
力有的地方超过了２００ Ｍｐａ，那么，铆钉的应力如何
呢？表ｌ列出了外支撑板上通过梁单元离散的铆钉的最
大应力值，选取的铆钉包括横梁连接板上板与车架连
接的右边前４颗、下板与车架连接的右边前４颗，以及
外支撑板与平衡座连接的１４颗，总共２２颗。见表１。
序号 ｌ ２ ３
作者简介：胡玉梅（１９６４一），女，教授，工学博士；主要研究方向为汽车ｃＡＥ与结构优化设计及汽车被动安全技术。
——０４ 万方数据
设计·计算·研究
１ 线性行为与非线性行为
１７世纪，罗伯特·虎克发现力（Ｆ）和位移（扰） 之间存在一个简单的线性关系，称为虎克定律：Ｆ＝ Ｋ．砧，常数Ｋ为结构的刚度。在有限元的线性结构分 析中，虎克定律演变成了一个线性代数方程组：
图１整体车架应力分布云图
横
横பைடு நூலகம்
图２位置关系示意图 图３是外支撑板的应力分布云图以及板上的铆钉 分布。图中标示的数值是板壳上箭头所指位置的节点 应力，单位ＭＰａ。从图上可以看出，外支撑板的下面 应力比较大，显示出大面积的高亮区域。特别是最下 排与平衡座连接的１４颗铆钉两侧，也就是箭头所指的 位置，有明显的应力集中。第一颗铆钉附近应力值达 到１８７ ＭＰａ，最后一颗铆钉附近应力值达到２２０ ＭＰａ， 也是整块板上应力最大的地方。 图４为横梁右连接板的应力分布云图，以及铆钉 在板上的分布情况，图中标示的数值是板壳上箭头所 指位置的节点应力，单位ＭＰａ。从图上看，下板的应
铆钉冲压应力分析,
铆钉冲压应力分析课程：ANSYS14.0 理论解析与工程应用实例班级：姓名：学号：日期：目录一．问题描述二．建立模型1设定分析作业名和标题2.定义单元类型3.定义实常数4.定义材料属性5.建立实体模型6.对铆钉划分网络三定义边界条件并求解1. 施加位移边界2. 施加位移载荷并求解四查看结果1 查看变形2 查看应力3 查看截面4 动画显示模态形状5 退出ANSYS五结论六参考文献铆钉冲压应力分析一．问题描述为了考察铆钉在冲压时发生多大的变形，下面对铆钉进行分析。
铆钉圆柱高度为10mm,圆柱外径为6mm,内孔孔径为3 mm,下端球径为15mm,弹性模量为2.06E11，泊松比为0.3，铆钉模型如图应变应力/MPA 应变应力、MPA 0.003 618 0.011 15100.005 1128 0.02 16000.007 1317 0.2 16100.009 1466铆钉材料的应力应变关系二．建立模型1设定分析作业名和标题（1）设定分析作业名。
执行菜单中的File-Change Jobname命令，输入110223101作为数据库文件名，单击“Add”完成修改（2）设定标题。
执行菜单中的File- Change Tile输入110223101作为标题名，单击“OK”完成标题名指定（3）重显示图形。
Plot-Replot指令（4）设置过滤选项。
Preference-Structural-OK完成过滤设置2.定义单元类型在输入窗口输入命令ET,1，SOLID45，完成单元类型定义3.定义实常数本分析选用三维的SOLID45，不需设置实常数4.定义材料属性考虑到应力分析中必须定义材料的弹性模量和泊松比，塑性问题中必须定义材料的应力应变关系，具体操作步骤如下。
（1）定义弹性模量和泊松比。
执行菜单中的Preprocessor-Material Props- Material Model 命令，在弹出的的对话框依次选择Structural-Linear-Elastic-Isotropic 选项，在弹出的对话框输入EX为2.06e11,PRXY为0.3，单击OK 返回（2）在右侧的列表框选Structural-Nonlinear-elastic-multiliner 选项，在弹出的对话框，单击Add Point 增加材料关系点，输入铆钉材料的应力应变关系数据，单击Graph显示材料曲线关系，如图单击OK返回对话框，并关闭对话框5.建立实体模型(1）创建一个球体。
铆钉连接结构的优化设计和疲劳性能评估
铆钉连接结构的优化设计和疲劳性能评估在现代工程设计中，铆钉作为一种常见的连接方式，在许多领域中得到了广泛应用。
铆钉连接结构的设计和疲劳性能评估对于确保结构的稳定性和可靠性至关重要。
本文将探讨铆钉连接结构的优化设计以及在设计过程中如何进行疲劳性能评估。
首先，铆钉连接结构的优化设计需要考虑多个方面的因素。
其中最重要的因素是材料的选择。
需要选择具有较高强度和硬度的材料，以确保连接的稳定性。
此外，材料的耐蚀性和可加工性也是需要考虑的因素。
通过综合考虑这些因素，可以选择出最适合特定工程需求的材料。
其次，铆钉连接结构的设计还需要考虑连接的几何形状。
铆钉的直径、长度和形状都会对连接的强度和稳定性产生影响。
合理选择铆钉的几何形状，可以增加连接的承载能力和疲劳寿命。
此外，铆钉的间距和排列方式也需要进行合理设计，以确保连接结构的均匀受力和分布。
除了铆钉本身的设计外，连接结构的设计也需要考虑连接面的处理方式。
连接面的表面粗糙度、凹凸度和平面度都会对连接的强度产生影响。
为了保证连接面的质量，应该采用适当的技术手段进行表面处理，如打磨、喷砂等。
这些处理方式可以提高连接面的质量，减小连接的疲劳应力集中。
在进行铆钉连接结构的疲劳性能评估时，需要考虑结构在循环加载下的耐久性能。
首先，需要进行结构的应力分析。
通过有限元分析等方法，可以获得连接结构在不同工况下的应力分布情况。
同时，还需要考虑到结构受到的动态载荷和振动载荷对于疲劳寿命的影响。
在进行应力分析后，可以使用疲劳寿命预测方法，对连接结构的疲劳性能进行评估。
常用的疲劳寿命预测方法包括应力寿命曲线法和应变寿命曲线法等。
这些方法可以通过实验获得材料的疲劳参数，并结合应力分析结果预测连接结构的疲劳寿命。
在疲劳性能评估过程中，还需要考虑连接结构的可维修性。
因为铆钉连接结构在使用中可能会出现松动、断裂等问题，所以设计时应考虑到连接的拆卸和更换。
合理的设计可以使得连接结构易于维修和更换，从而延长其使用寿命。
论铆钉铆接装配应力的分析和计算
论铆钉铆接装配应力的分析和计算黑龙江省哈尔滨市150000摘要：在机械工程受力分析开设的实际工作流程中，铆钉铆接装配方式的应用一直是相关人员关注的重点。
基于此，本文首先阐述了铆钉铆接装配应力的计算过程，详细论述了铆钉铆接装配应力数值的分析途径。
关键词：铆钉铆接；装配；应力；分析；计算在装配机械化生产对象的实际工作环节中，技术人员在铆钉铆接过程中产生的成形力与相应机械零件的制作材质、大小型号有着直接的内在联系。
只有技术人员灵活掌握铆钉铆接装配应力数值的实际核算模式，才能在采用正确分析路径前提下，实现铆钉铆接工作效率的快速提升，更好地保证机械装配对象的装配质量。
一、铆钉铆接过程研究意义铆钉是用于连接两个带通孔，一端有帽的零件(或构件)的钉形物件。
在铆接中，利用自身形变或过盈连接被铆接的零件。
铆钉种类很多，而且不拘形式。
铆接即铆钉连接，是利用轴向力将零件铆钉孔内钉杆墩粗并形成钉头，使多个零件相连接的方法。
装配过程是整个产品生产中的重要环节之一，装配过程中机械连接占了很大比重，机械连接效率在一定程度上决定了装配效率。
因此如何提高机械连接效率对提高装配、生产效率有着重大的意义。
铆钉铆接是一种常用的机械连接方法，广泛应用于零部件之间的连接中，由于焊接会降低一些材料焊接处材料强度，并产生焊接缺陷、变形、残余应力等问题，从而影响了制造精度，因此铆钉铆接有其它机械连接不可替代的优势，现已成为一种行之有效且不可或缺的连接方法。
然而结构破坏也常始于铆接的间隙配合处，在经历一定载荷次数后间隙配合处常发生疲劳破坏而失效，因此对铆接过程中的力学行为进行分析并预测出结构疲劳寿命，将会对提高结构的安全性能有着重要的意义。
由于上述原因，对铆钉铆接过程进行深入研究显得十分必要，研究结果对提高生产中的连接效率和使用寿命有着很好的指导作用。
二、铆钉铆接装配应力的计算过程1、铆钉铆接成形受力数值的计算。
技术人员可通过测量铆钉内部转载的实际直径、自身钉孔型号、相应铆钉板横截面厚度，准确测量装配中使用指定铆钉机械化生产零件时可能产生的应力数值。
铆钉连接在汽车制造中的可靠性检测与提升策略
铆钉连接在汽车制造中的可靠性检测与提升策略在汽车制造过程中，铆钉连接被广泛应用于车身构架、底盘和内部结构等关键部位。
铆钉连接具有高强度、耐疲劳、耐腐蚀等优势，能够有效提高车辆的结构强度和整体安全性。
然而，在实际应用中，铆钉连接的可靠性问题也是制约汽车品质的重要因素之一。
为了保障汽车制造的质量和安全性，必须对铆钉连接进行可靠性检测与提升策略的研究和实施。
首先，可靠性检测是确保铆钉连接质量的关键步骤。
常用的可靠性检测方法包括非破坏性检测、力学性能测试和表面缺陷检测等。
非破坏性检测方法主要包括超声波检测、X射线检测和磁粉检测等，它们能够快速、准确地检测出铆钉连接的内部缺陷，如裂纹和松动等。
力学性能测试则通过拉伸、剪切和剥离等试验，评估铆钉连接的强度和可靠性。
表面缺陷检测则主要利用目视检查和光学显微镜等方法，检测铆钉连接表面的缺陷，如气泡、裂纹和腐蚀等。
其次，针对铆钉连接中存在的问题，需要采取一系列的提升策略来提高其可靠性。
首先，加强材料选择和铆钉设计。
选择适合的材料，能够提高铆钉连接的强度和耐久性。
同时，在铆钉的设计过程中，需要考虑到应力分布的均匀性，避免应力集中，从而提高铆钉连接的可靠性。
其次，加强铆接工艺控制。
合理的铆接工艺参数能够确保铆钉连接的一致性和稳定性。
需要控制铆接压力、铆钉长度、冲击能量等参数，以保证铆接质量和连接强度。
此外，应加强装配工艺的控制，确保铆接过程中不会造成外力破坏或误操作导致连接失效。
最后，加强质量管理和故障分析。
建立完善的质量管理体系，对铆钉连接进行全面的质量控制和检测。
同时，在发生故障时，对铆钉连接进行深入分析，找出失效的原因并采取相应措施，以提高铆钉连接的可靠性。
除了可靠性检测和提升策略，还有一些其他因素也对铆钉连接的可靠性起到重要作用。
首先，应充分重视员工的技能培训和素质提升。
高素质的员工能够熟练掌握铆接工艺，减少错误操作和质量问题的发生。
其次，加强供应商管理和选择。
某轻型卡车车架铆钉结构改进研究
某轻型卡车车架铆钉结构改进研究尹民鑫;高文杰;陈小亮【摘要】通过对某公司强化试验车车架铆钉断裂型式及破坏顺序的分析,对比竞品车架相应部位结构,分析出铆钉破坏的原因,通过CAE分析和实际工作工况相结合,对铆钉布局及连接部件做适应性调整.调整后的车架通过强化试验,验证了分析正确性,为此类问题的分析积累了经验.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(045)001【总页数】3页(P73-75)【关键词】卡车;车架;铆钉;计算机辅助工程【作者】尹民鑫;高文杰;陈小亮【作者单位】奇瑞汽车河南有限公司河南开封475000;奇瑞汽车河南有限公司河南开封475000;奇瑞汽车河南有限公司河南开封475000【正文语种】中文【中图分类】U463.32+6铆接结构具备批量化、低成本、高塑性，符合车架连接要求，在轻型卡车车架中得到广泛应用。
但是铆钉同时具有强度低于连接部件、铆钉处容易应力集中的缺点。
在前期设计阶段对车架进行CAE分析时，由于车架铆钉众多，建模时加入铆钉，模型复杂、工作量大，全部分析不易实现。
一般只对车架整体性能进行分析，铆钉的选取和布局根据经验确定，因此在道路试验验证时要重点关注，做好排查和记录，避免后续生产商品车出现质量问题[1-2]。
某公司强化试验车在4 000~5 000km里程时车架第4横梁、第5横梁、传动轴防护梁连接铆钉发生断裂，将断裂铆钉去除用相同规格8.8级螺栓进行替换后，车架铆钉及替换后螺栓未再发生断裂现象。
破坏形态如图1、图2所示。
根据实验日志记载，破坏先从第5横梁开始，依次传递至传动轴防护梁和第4横梁(图3)。
通过对强化过程分析，连接板和横梁在整个强化过程未发生破坏，替换后螺栓也未破坏，M10螺栓的应力截面积值:58mm2，8.8级M10螺栓的最小抗拉强度:800N/mm2，Q4501026的应力截面积为78.54mm2, 抗拉强度:330N/mm2。
螺栓与铆钉的应力比值为1.79，间接说明连接板及横梁的强度远大铆钉的强度。
铆钉铆接机械的动力学分析与力学参数研究
铆钉铆接机械的动力学分析与力学参数研究铆钉铆接机械是工业生产中常用的一种固定连接工具，广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑等领域。
它可以有效地连接金属件，使得连接结构更加坚固稳定。
本文将对铆钉铆接机械的动力学分析与力学参数进行研究。
铆钉铆接机械的动力学分析是研究机械在工作过程中受到的力学效应及其运动过程的过程。
在铆钉铆接机械的工作过程中，主要包含钉锤的运动、钉针头与工件的相互碰撞、金属板的塑性变形等动力学效应。
为了更好地理解和控制这些动力学效应，我们需要进行动力学的分析。
首先，我们需要确定铆钉铆接机械的运动方程。
通过对机械结构进行建模，可以得到机械系统的动力学方程。
这些方程可以描述机械在工作过程中受到的各种力和力矩，并根据这些力和力矩计算机械的运动轨迹。
通过研究机械的运动方程，我们可以确定钉锤的运动速度、加速度和位移等动力学参数。
其次，我们需要进行力学参数的研究。
在铆钉铆接机械的工作过程中，主要受力部分是钉针头和工件之间的相互碰撞。
这个碰撞过程中的力学参数包括碰撞力、反作用力、压力分布等。
通过对这些力学参数进行研究，我们可以评估机械的工作效率和连接质量，同时也可以优化机械的设计。
此外，还需要对铆钉铆接机械的结构参数进行研究。
结构参数包括机械的大小、形状、材料等。
这些参数对于机械的工作性能和使用寿命有着重要影响。
通过合理选择和设计结构参数，可以提高机械的工作效率和可靠性。
最后，我们需要将动力学分析和力学参数研究的结果应用到实际生产中。
通过对铆钉铆接机械的动力学性能和力学参数的研究，可以为工业生产中的铆钉铆接工艺提供科学依据和技术指导。
例如，可以根据机械的动力学性能确定最佳的铆接参数，从而提高连接的质量和可靠性。
同时，也可以通过研究机械的结构参数，设计和制造更加高效和可靠的铆钉铆接机械。
综上所述，铆钉铆接机械的动力学分析与力学参数研究对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
通过对机械的运动学和力学特性进行研究，可以深入理解机械的工作过程，并通过合理设计和选择参数来优化机械的性能。
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设计·计算·研究 件，施加重力加速度，最后求解。其中，连接板下板 与纵梁、外支撑板连接的第３、第４颗铆钉的子模型见 图６。
２００８年 第２期客车技术与研究
面大，这也与反映在连接板上的应力分布情况一致， 即连接板下板的应力比上板应力大。下板的第一颗铆 钉受力情况最为严重，铆钉腰部和根部应力分别达到 了２１２ ＭＰａ和２６５ ＭＰａ，都超过了屈服应力，铆钉受剪 又受拉，在汽车行驶过程中有断裂的危险。事实上． 该车在行驶过程中，连接板和支撑板该位置的铆钉确 实有脱落的情况。
作者简介：胡玉梅（１９６４一），女，教授，工学博士；主要研究方向为汽车ｃＡＥ与结构优化设计及汽车被动安全技术。
——０４ 万方数据
设计·计算·研究
１ 线性行为与非线性行为
１７世纪，罗伯特·虎克发现力（Ｆ）和位移（扰） 之间存在一个简单的线性关系，称为虎克定律：Ｆ＝ Ｋ．砧，常数Ｋ为结构的刚度。在有限元的线性结构分 析中，虎克定律演变成了一个线性代数方程组：
线性行为都服从于上面的线性关系。然而，相当 多的结构在力和位移之间不服从于上面的线性关系， 出现非线性行为。非线性行为可以由很多原因引起， 总的来说归纳为三个主要方面：几何非线性（包括大 应变、大位移、应力刚化、旋转软化等）、材料非线 性（包括塑性、超弹性、蠕变等）和状态变化非线性 （包括接触、单元死活、非线性单元等）。车架中的 铆钉连接依靠的是面与面的接触相互作用，是一种接 触非线性行为。
关键词：汽车；车架；线性；非线性；铆钉；子模型；应力分析
中图分类号：ｕ４６１．９１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００６—３３３１（２００８）０２—０００４一０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｒｉｖｅｔ Ｊｏｉｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｒａｍｅ
ＨＵ Ｙｕ—ｍｅｉｌ．ＣＨＡＯ Ｙｕａｎ２
０５——
客车技术与研究２００８年 第２期 力比上板的应力大很多，说明主要是下板承载。下板 应力普遍在６０ ＭＰａ左右，且右边的第一颗铆钉附近应 力值达到２２８ ＭＰａ，是整个连接板应力最大的地方； 而上板应力主要集中在中间位置，应力值比较小，只 有３０ ＭＰａ左右。
图３外支撑板应力分布云图
图４后桥上方横梁右连接板应力分布云图
４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １ｌ
表１整体模型中梁单元的最大应力
（单位：ＭＰａ）
梁单元应力
序号
粱单元应力
１３８
１２
６１９
６０ｒ７ ３０８
１３
５１０
１４
４ＩＤ４Байду номын сангаас
２３０
１５
３３２
７０９ ５０９
１６
３２４
１７
３７４
４９６ ４４８
１８
５０２
１９
６ＩＤ７
７４９
２０
５１２
５４０
２ｌ
５４８
５０１
２２
７７８
从表ｌ也可以看出，梁单元的应力最大达到了７７８ ＭＰａ，‘４００ ＭＰａ以上的就有不少，而事实上铆钉所用 材料的屈服强度为２０６ ＭＰａ，那么绝大部分铆钉应力 都超过了屈服极限，而且比周围的板件应力大很多。 按照材料力学的观点，如果这些铆钉真有这么大的应
总厚度（ｍｍ）。
图５铆钉示意图 在子模型的抽取过程中，边界切割远离应力集 中。为了控制模型尺寸，外支撑板与平衡座连接的 １４颗铆钉子模型是在整体模型中取出整块平衡座，支 撑板只切割了下面一部分有铆钉的区域；而连接板上 板和下板与纵梁连接的铆钉子模型也只切取了铆钉周 围区域的连接板、两层纵梁以及外支撑板的一小块面 积。在所切取的模型中挖出半径６ ｍｍ的铆钉孔，按 照图５尺寸建立铆钉实体模型，将铆钉装配在铆钉孔 内，铆钉通过规则的六面体离散。同时，为了尽量减 少计算时间，提高收敛效率，只把铆钉孑Ｌ附近区域的 板用六面体离散，其它地方用壳单元离散。在铆钉孔 的圆柱面与铆钉的圆柱面之间以及铆钉帽与板接触的 圆环面与圆环面之间加上摩擦接触单元，加载边界条
客车技术与研究２００８年 第２期
设计·计算·研究
汽车车架中的铆钉结构应力分析研究
胡玉梅１．巢媛２ （１．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００４４；２．重庆大学研究生创新基地，重庆４０００４４）
摘 要：针对某汽车在行驶过程中铆钉脱落的现象，基于有限元分析技术，对其车架连接铆钉的应力进行 深入研究。先建立整个车架的有限元模型，以梁单元离散铆钉，作线性静态计算，得到代表铆钉的梁单元 的应力情况；然后再通过子模型的方式建立铆钉的接触模型，进行非线性求解，得到更加详细的铆钉应力 情况。通过对比线性与非线性两次分析中铆钉的应力，得到两种分析铆钉应力的对应关系，为汽车车架整 体分析中估计连接铆钉的应力提供参考。
由于车架是其上所有零部件（包括驾驶室、发动 机、装载箱、前桥、后桥、制动系统、操纵系统等） 的支承骨架…，且结构、受力工况复杂并在实际使用 中承受着随机的动态激励，使得车架动态响应和应力 分布情况难以按传统方法确定，而依据经验的类比设 计必然存在较大的盲目性，难免产生设计隐患或缺
陷，因此，在车架的设计和改进中，以基于有限元理 论的ＣＡＥ分析技术预测车架结构的动态特性、动态 应力分布、疲劳寿命，并通过优化手段得到结构性能 更为优越的车架已越来越成为现代汽车车架开发与改 进的趋势。但是，对于像本文中分析的车架，由于结 构庞大，即使将单元尺寸离散为２０ ｍｍ，整个车架也 有近２０万个单元，做一般的线性求解是没有什么问 题；但如果要建立详细的铆钉连接模型，那么每多建 一颗铆钉，模型就增加１万个单元，显然这是不现实 的，从而导致铆钉的真实应力在车架整体结构强度分 析中常被忽视，但在实际使用中却常出现断裂、脱落 的现象。本文拟先对其整体车架只作线性求解，再通 过建立子模型对铆钉进行非线性求解，力求对车架连 接铆钉的真实应力进行一些探讨。
在有限元分析中，非线性行为的响应不能直接用 一组线性方程求解，往往都是以增量形式逐渐施加载 荷，在每一载荷增量中用线性方程组来近似求解的。 常用的Ｎｅ叭ｏｎ—Ｒ印ｈｓｏｎ算法就是用线性求解器来进 行非线性求解，完成平衡迭代来使得增量求解达到平 衡。平衡方程：
【巧】·｛△“｝＝｛Ｆ）＿｛Ｆ”｝ 式中：［坼】为切线刚度矩阵；｛缸）为位移增量；伊｝为 外部载荷向量；扩”）为内部力向量。反复迭代，直到 ｛Ｆ｝一俨”｝在允许误差范围内结束计算，这是一个以 求解时间为代价的复杂求解过程。
护）＝【足】·扣｝ 式中：妒｝为节点力向量；【刚为总刚度矩阵；伽）为节 点位移向量。各表达式如下：
｛Ｆ｝＝【瓦弓兄巳易匕…】１
瞄】＝
一
后七后后七七 盯打声口“材一，声一口¨
后七七后七后 矽拄∥靠掣拄秒一胗鼻妒Ⅳ
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簪够 埒够吁：
｛“｝＝【“打 “妒 “扛 “豇 “痧 “豇 …】ｒ
——０６ 万方数据
设计·计算·研究 力，则在实际使用中极有可能发生断裂，但事实并非 完全如此，这说明车架整体静强度分析中得到铆钉的 最大应力与铆钉的真实应力有较大的差距。
其原因是整体模型中的铆钉是由梁单元离散 的，梁单元靠两端点与所连接的板壳共节点来传 力，这样的传力方式属于单点传力，会导致一定的 应力集中。但这些梁单元的应力对于我们推断该处 铆钉的真正应力是否具有参考价值呢？或者说能否 根据这些梁单元的应力估计该处铆钉的真正应力 呢？本文通过建立这２２颗铆钉的接触非线性子模型 对这一问题进行详细研究。
２车架整体结构有限元分析
整体车架模型的简化中，纵梁、横梁、横梁连接
万方数据
２００８年 第２期客车技术与研究 板、外伸梁、外支撑板以及货箱底用壳单元离散；吊 耳、上下平衡座以及平衡桥用实体单元离散；铆钉用 梁单元离散；板簧用弹簧单元通过节点耦合和约束方 程来模拟。车架在满载水平路面条件下计算所得到的 应力分布云图如图１所示，图标应力单位为ＭＰａ。从 图中可知，后桥位置的车架应力呈现出比其它地方更 大的高亮区域。这个地方的铆钉受力是比较关键的， 本文就针对这个地方的铆钉进行详细的分析。所要分 析的铆钉全在外支撑板上，外支撑板就是车架后桥上 方紧贴车架的那块板。铆钉可以分成两个部分：一是 连接外支撑板、纵梁和横梁连接板的铆钉；二是连接 外支撑板与平衡座的铆钉。如图２所示为外支撑板与 外纵梁、内纵梁、横梁连接板以及平衡座之间的位置 关系。
（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｎｏ—Ｂａｓｅ ｆｏｒ Ｇｒａｄｕａｔｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ＵｎｉＶ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｇｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｒｉｖｅｔｓ ｏｎ ａ ｖｅｈｉｃＩｅ ｂｒｏｋｅ ｏｆｆ ｗｈｉＩｅ ｗｏｒｋｉｎｇ，ｌｈｅ ｒｉｖｅｔｓ ｉｏｉｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｒｅ ｇｏｎｅ ｉｎｔｏ ｄｅｅｐ ａｎａＩｙｓｊｓ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅＩｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｆｒａｍｅ ＦＥＡ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ ａｔ“ｒｓｔ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｊｏＩｎｔｓ ａｒｅ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｂｙ ｂｅａｍ ｅＩｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｂｅａｍ ｎｏｄｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｇＯｔ ｔｈｒＯｕｇｈ Ｉ．ｎｅａｒ ａｎａＩｙｓｉｓ．Ｉｎ Ｏｒｄｅｒ ｔ０ Ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｒｉｖｅｔｓ’ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｓｔｒｅｓｓ，ａ ｃｏｎｌａｃｔ ｓｕｂ—ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｉｖｅｔｓ ｉｏｉｎｔ ｉｓ ｂｕｉＩｔ．ａｎｄ ａ ｎｏｎｌ．ｎｅａｒ ａｎａＩｙｓｉｓ ｉｓ ｈａｎｄＩｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅＪａｔｊｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｎｅａｒ ａｎａＩｙｓｉｓ ａｎｄ ｎｏｎ¨ｎｅａｒ ａｎａＩｙｓｉｓ ０ｆ ｉｏｉｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｉｓ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｉｓ ｓｕｐｐＩｉｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆＯｒ ｒｉｖｅｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎａＩｖｓｊｓ Ｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｒａｍｅ． Ｉ（ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｊｃＩｅｉ：ｆｒａｍｅ：¨ｎｅａｒ：ｎＯｎＩｉｎｅａｒ：ｒｉｖｅｔ：ｓｕｂ—ｍＯｄｅＩ：ｓｔｒｅｓｓ ａｎａＩｙｓｌｓ