轎車車身結構及焊點的疲勞壽命分析與優(yōu)化改進研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機械疲勞壽命問題已突出存在于各個領域。據統(tǒng)計，在現(xiàn)代工業(yè)各領域中，約有80％以上的結構破壞都是由疲勞失效所引發(fā)的。因此，開展疲勞壽命研究，尋找提高零件疲勞壽命的途徑以防止疲勞斷裂事故的發(fā)生，對于我國國民經濟和科學技術的發(fā)展意義重大。 目前，在汽車設計的過程中，車身結構的強度、剛度比較容易引起重視，其設計水平都能達到要求。而車身結構疲勞強度由于其特點，常常容易被忽視。在汽車設計階段，利用有限元仿真分析方法預

2、測車身使用壽命，針對薄弱部件進行改進，可以提高車身的整體使用壽命，大大降低開發(fā)和研制費用。因此，對汽車車身結構進行疲勞壽命分析是必不可少的。 本文以某型SUV轎車車身為研究對象，建立車身的有限元模型并進行驗證，在對車身進行單位激勵下的沖擊響應分析并得到應力應變分布結果的基礎上，利用時域疲勞分析方法，對車身的疲勞壽命進行仿真分析，估算出該型車在D級路面上行駛時的車身結構及焊點的疲勞壽命；利用頻域疲勞壽命分析方法對局部結構疲勞壽命比

3、較低的零件進行再次計算，得出對結構復雜模型的分析，采用時域方法精度是可以保證的結論。在此基礎上，對車身的結構與焊點疲勞壽命較低的部位進行優(yōu)化改進研究，通過仿真計算，驗證了所提出優(yōu)化改進方案的可行性和合理性。為今后開展轎車的疲勞壽命分析以及提高轎車車身疲勞壽命提供了可借鑒的方法。主要研究內容有： (1) 建立車身有限元模型并進行驗證 建立車身有限元模型，車身結構采用殼單元模擬，焊點用Cbar單元模擬。裝配焊接后施加所必須的

4、約束和載荷條件，進行模態(tài)計算以及車身的扭轉剛度和彎曲剛度計算、分析，通過與實車實驗對比，驗證了所建立的有限元模型的正確性。 (2) 車身結構與焊點的疲勞壽命計算分析 利用時域疲勞分析方法，分別對車身結構與焊點疲勞壽命進行仿真計算，得出了整車的疲勞壽命分布，找出了疲勞壽命較低的零件，得出的結論與實際情況是相一致的。利用頻域疲勞分析方法，對結構疲勞壽命較低位置的零件再次進行計算分析，得出了與時域分析方法相一致的結果。

5、 (3) 車身結構與焊點優(yōu)化改進研究 在對車身結構與焊點疲勞壽命分析的基礎上，分別對結構與焊點進行改進優(yōu)化研究。對結構的改進，采用拼焊板材料的方法，提高高應力區(qū)的零件的強度，以延長局部結構的疲勞壽命；對焊點的優(yōu)化，首先找出焊點區(qū)應力比較高的部位，在不增加焊點數(shù)目的前提下，通過調整焊點的位置，增大高應力區(qū)局部的焊點密度，以延長焊點的最短使用壽命；對優(yōu)化后的結果再次進行仿真計算分析。通過與優(yōu)化前原車身結構和焊點的疲勞壽命進行對比，優(yōu)