轎車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)的疲勞壽命分析與優(yōu)化改進(jìn)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械疲勞壽命問(wèn)題已突出存在于各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代工業(yè)各領(lǐng)域中，約有80％以上的結(jié)構(gòu)破壞都是由疲勞失效所引發(fā)的。因此，開(kāi)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(duì)于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展意義重大。 目前，在汽車(chē)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，車(chē)身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度比較容易引起重視，其設(shè)計(jì)水平都能達(dá)到要求。而車(chē)身結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度由于其特點(diǎn)，常常容易被忽視。在汽車(chē)設(shè)計(jì)階段，利用有限元仿真分析方法預(yù)

2、測(cè)車(chē)身使用壽命，針對(duì)薄弱部件進(jìn)行改進(jìn)，可以提高車(chē)身的整體使用壽命，大大降低開(kāi)發(fā)和研制費(fèi)用。因此，對(duì)汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞壽命分析是必不可少的。 本文以某型SUV轎車(chē)車(chē)身為研究對(duì)象，建立車(chē)身的有限元模型并進(jìn)行驗(yàn)證，在對(duì)車(chē)身進(jìn)行單位激勵(lì)下的沖擊響應(yīng)分析并得到應(yīng)力應(yīng)變分布結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用時(shí)域疲勞分析方法，對(duì)車(chē)身的疲勞壽命進(jìn)行仿真分析，估算出該型車(chē)在D級(jí)路面上行駛時(shí)的車(chē)身結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)的疲勞壽命；利用頻域疲勞壽命分析方法對(duì)局部結(jié)構(gòu)疲勞壽命比

3、較低的零件進(jìn)行再次計(jì)算，得出對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜模型的分析，采用時(shí)域方法精度是可以保證的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)身的結(jié)構(gòu)與焊點(diǎn)疲勞壽命較低的部位進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)研究，通過(guò)仿真計(jì)算，驗(yàn)證了所提出優(yōu)化改進(jìn)方案的可行性和合理性。為今后開(kāi)展轎車(chē)的疲勞壽命分析以及提高轎車(chē)車(chē)身疲勞壽命提供了可借鑒的方法。主要研究?jī)?nèi)容有： (1) 建立車(chē)身有限元模型并進(jìn)行驗(yàn)證 建立車(chē)身有限元模型，車(chē)身結(jié)構(gòu)采用殼單元模擬，焊點(diǎn)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(jìn)行模態(tài)計(jì)算以及車(chē)身的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度計(jì)算、分析，通過(guò)與實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了所建立的有限元模型的正確性。 (2) 車(chē)身結(jié)構(gòu)與焊點(diǎn)的疲勞壽命計(jì)算分析 利用時(shí)域疲勞分析方法，分別對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)與焊點(diǎn)疲勞壽命進(jìn)行仿真計(jì)算，得出了整車(chē)的疲勞壽命分布，找出了疲勞壽命較低的零件，得出的結(jié)論與實(shí)際情況是相一致的。利用頻域疲勞分析方法，對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞壽命較低位置的零件再次進(jìn)行計(jì)算分析，得出了與時(shí)域分析方法相一致的結(jié)果。

5、 (3) 車(chē)身結(jié)構(gòu)與焊點(diǎn)優(yōu)化改進(jìn)研究 在對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)與焊點(diǎn)疲勞壽命分析的基礎(chǔ)上，分別對(duì)結(jié)構(gòu)與焊點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化研究。對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，采用拼焊板材料的方法，提高高應(yīng)力區(qū)的零件的強(qiáng)度，以延長(zhǎng)局部結(jié)構(gòu)的疲勞壽命；對(duì)焊點(diǎn)的優(yōu)化，首先找出焊點(diǎn)區(qū)應(yīng)力比較高的部位，在不增加焊點(diǎn)數(shù)目的前提下，通過(guò)調(diào)整焊點(diǎn)的位置，增大高應(yīng)力區(qū)局部的焊點(diǎn)密度，以延長(zhǎng)焊點(diǎn)的最短使用壽命；對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果再次進(jìn)行仿真計(jì)算分析。通過(guò)與優(yōu)化前原車(chē)身結(jié)構(gòu)和焊點(diǎn)的疲勞壽命進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)