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采用**的疲劳寿命预估 |
| 时间：2015-08-17 类别： 其它资讯 |
疲劳寿命计算需要载荷的变化历程、结构的几何参数，以及有关的材料性能参数或曲线。
用有限元方法计算疲劳寿命通常分为两步：**步是计算应力应变响应。第二步是结合材料性能参数，应用不同的疲劳损伤模型进行寿命计算。疲劳寿命的预测精度既依赖于应力应变响应的正确模拟，也依赖于预测模型的合理使用。 本文以材料或零部件的疲劳寿命曲线为基础，S-N方法用名义应力或局部应力预测实际构件的疲劳寿命，可以选择的应力参数有**主应力、von-Mises应力、Tresca应力等。损伤累积计算可以使用常规的Palmgren-Miner线性法则，能进行Good-man和Gerber平均应力修正，也能进行考虑表面加工和表面处理影响的寿命计算。这一方法对于低应力高周疲劳寿命预测比较**。特别是对于一些复杂的零部件或焊接件，直接使用实测的“零部件S-N”曲线通常能获得合理的寿命估计。 2 白车身CAE有限元模型的建立 驾驶室白车身含有零件数目众多，并且常含有复杂的曲面，用网格准确描述其几何特征的难度较高，复杂的曲面会产生许多网格上的问题，如单元畸变、网格细小、网格失真等诸多问题。对数目繁多、曲面复杂的零部件划分高质量的网格工作量大、难度高。经网格质量检查后，不合格网格数为162个，网格失效百分比为0.0%，整体上网格的形状较为理想，网格质量较高，为计算结果的准确性提供了一个必要条件。图2为白车身整车的有限元模型。 除此之外，白车身各个部件之间是通过焊接连接起来的，两部件在焊接处具有完全相同的自由度，为刚性连接，可用一维rigid单元模拟表示。在整个白车身模型中焊点多达上万个，需利用rigid面板在焊点位置逐个施加。并且焊点与焊点、焊点与约束之间很容易出现过约束的情况。图3为焊点图。 商用车静态典型工况为全扭曲工况模拟白车身两前轮同时着地时，主副驾驶员重力、卧铺人员重力以及车身自重对白车身产生静态弯曲作用的情况。 全扭曲工况模拟白车身两前轮均悬空时，主副驾驶座上相对反向的作用力对白车身产生静态全扭曲作用的情况。此工况下主驾驶座从下至上均布于两个连接座椅的部件上施加了1000N的力，副驾驶座从上至下均布于两个连接座椅的部件上施加了1000N的力。全扭曲工况两前轮均悬空，车身前端两个与前轮连接位置均无约束；后端两处约束表示车身与车架的连接，同样限制了X、Y、Z三个方向的自由度，约束节点位置固定。图4为车顶向下视图全扭曲工况载荷与约束在空间上的位置关系。经Nastran分析后，主后杠仍为主要应力部件，**应力达403MPa，不仅超过材料屈服极限，而且超过了材料抗拉极限。图5为全扭曲静态析的应变云图，**变形为19.13mm。 3 白车身有限元模型的疲劳分析 利用上述的加载静态CAE仿真分析的有限元应力结果，设置载荷信息并关联有限元工况，导入MSC.Fatigue中计算。图6为全曲工况动态疲劳分析寿命云图，与车架的连接处的疲劳寿命达不到107次的应力要求，图7为寿命*差节点列表，可见*差节点在经受7.885E4次应力循环时便产生疲劳破坏，不符合疲劳寿命的要求。需经过结构优化提高这些节点的疲劳寿命。 在车身结构优化改进中，通常采用的方法有改变零件的局部形状尺寸、调整局部零部件的位置、增加加强筋或辅助零件、整体采用较厚的钢板或采用拼焊板材料的方法。采用改变零件的局部形状尺寸、调整局部零部件的位置要对原有的零部件进行改动，并有可能影响到全车整体的布局，在制造工艺上，有可能要调整模具，成本高，一般不宜采用；增加加强筋或辅助零件、整体采用较厚的钢板的方法，适用于形状并不十分复杂的零部件。使用拼焊板技术不用改变零部件的位置，根据车身不同部位强度的要求，合理使用一些不同强度的材料，不需要焊接加强筋，减轻车身的质量，减少车身零件的数量，是**的结构优化方法。由于拼焊板可以一次成形，减少了大量冲压加工的设备和工序，缩减了模具的安装过程，简化车身制造过程。 经全扭曲工况动态疲劳分析后，白车身的**疲劳寿命次数为10E+5.88，低于10E+7次，需要进行疲劳寿命的优化。图8列出了疲劳寿命*差的一些点，显示了疲劳寿命存在问题的区域。该疲劳寿命问题为局部问题，可对疲劳出现局部疲劳寿命问题的部件更换材料。 更换的材料为MANTEN_MSN，其弹性模型为E=2.034E+5，抗拉极限为σb=600MPa，更换材料后，*差寿命点的疲劳寿命从原来的10E+5.8751优化为3×10E+7。全扭曲工况的动态疲劳寿命得到了改善。 4 小结 本论文基于应力分析结果，采用**的疲劳寿命预估方法，利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC.Fatigue 对该型商用车白车身进行S-N全寿命分析，得其疲劳寿命分布与危险点的寿命值。采用结构优化、合理选材等方法，提高白车身结构的疲劳寿命。完成了白车身动态疲劳寿命的优化。*终优化后，白车身各工况整车的疲劳寿命均修正至107次循环以上。 CAE专区：http://articles.e-works.net.cn/CAE/ solid edge专区：http://solidedge.e-works.net.cn/ 资讯来源：http://articles.e-works.net.cn/CAE/ |
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