某轻卡制动阀支架失效分析及其优化设计

针对某轻卡制动阀支架失效问题,首先采集车架横梁两端的搓板路激励载荷对该制动阀支架进行模态频响计算,分析结果表明该制动阀支架的最大应力大于材料许用值,其最大应力位置与失效位置一致;然后基于功率谱载荷对其进行随机振动疲劳分析,分析结果表明该制动阀支架的疲劳寿命不满足疲劳性能要求,其与振动强度分析薄弱位置和失效位置相吻合;再通过集成优化平台对制动阀支架进行结构优化,优化之后制动阀支架的最大应力值和疲劳寿命值均符合性能要求值,其疲劳、强度性能显著提升,支架总重量也降低了,达到了轻量化的要求;最后对制动阀支架的优化方案进行道路可靠性验证,试验结果表明该制动阀支架的振动加速度明显减小,并且没有发生失效,科学地解决了该制动阀支架的失效问题。     

横向稳定杆支座疲劳开裂分析及其台架实验

为了解决某横向稳定杆支座开裂失效问题,首先基于有限元方法建立稳定杆支座分析模型,约束车架两端的所有自由度,在稳定杆两端加载50 mm强制位移,对其进行极限强度分析,分析结果表明其最大应力值超过其材料屈服,最大应力位置与实际开裂位置相同。然后基于Miner疲劳损伤累积理论,以正弦波的疲劳激励在稳定杆两端加载强制位移,对稳定杆支座进行疲劳寿命分析,分析结果表明其最低寿命低于目标值,并且与应力集中位置和失效位置相符。通过对稳定杆支座进行结构改进,改进之后稳定杆支座的强度性能和疲劳性能均满足设计要求。最后对其进行台架实验验证,试验结果表明其实际寿命值与仿真分析值相接近,最终成功地解决了该开裂失效问题。     

某轻型载货车转向液壶支架断裂分析及其优化

针对某轻型载货车转向夜壶支架的断裂问题,首先建立其离散化模型,对其进行模态性能分析,分析结果表明其第一阶模态频率接近于发动机激励频率,从而引起共振,产生疲劳断裂风险。然后采集纵梁端的时域信号,并将其转换成频域信号,以此对其进行频率响应分析,分析结果表明其最大应力超过材料屈服强度,安全系数偏低,其应力集中点与失效位置相同。再基于功率谱密度函数对其进行振动疲劳分析,分析结果表明其疲劳寿命低于设计要求值,其薄弱点与断裂位置相符。再基于多学科多目标平台对其结构参数进行优化分析,分析结果表明其第一阶固有频率提高了18.9%,其最大应力降低了38.1%,其疲劳寿命提升了2.1倍,其总重量减轻了18.2%。在满足各项性能要求的同时,其轻量化效果也比较明显。最后对其优化方案进行实车验证,验证结果表明优化之后其振动加速度降低了46.5%,支架成功通过了整车路试验证。     

某轻型载货车储气罐支架振动断裂分析与优化

为了有效解决某轻型载货车储气罐支架的断裂故障,首先基于建立的储气罐支架有限元模型进行振动特性分析,分析结果表明其前三阶固有频率接均处于发动机激励频率范围之外,不会产生共振。其次测试各种道路的时域载荷,测试结果表明其中角度搓板路的激励频率与储气罐支架第一阶固有频率相接近,从而引起共振,不满足振动特性要求。然后对其进行振动强度分析,分析结果表明其应力水平不达标,其最大应力点与开裂处一致。再对其进行振动疲劳寿命预测分析,分析结果表明其疲劳寿命也不达标,其危险点也与失效位置相同。再采用集成平台对储气罐支架的结构进行优化设计,优化之后其模态频率、振动强度和振动疲劳均符合性能要求,并且其重量也有所减轻,总体优化效果较佳。最后整车试验结果表明优化之后储气罐支架的振动大幅度降低,并且没有发生失效。     

发电机支架振动疲劳分析及其优化设计

为了解决某发电机支架断裂问题,首先测试发动机端的时域-加速度曲线,将其转换为频域-加速度曲线并且作为振动激励,对发电机支架进行频率响应分析,分析结果表明其最大应力超过其材料屈服。然后基于功率普密度函数对其进行疲劳寿命预测,分析结果表明其寿命小于目标值,并且与强度分析薄弱区域和实际断裂位置一致。再基于广义下降梯度算法对发电机支架进行结构参数寻优,优化之后发电机支架均可以满足其疲劳强度性能要求。最后对发电机支架的优化方案进行整车路试验证,试验结果表明发电机的振动幅值明显降低,发电机支架未发生断裂,有效地解决了该断裂问题。该分析手段及其优化方法为高频响应支架的故障解决提供了一种科学参考。     

基于功率谱密度的冷凝器支架随机振动疲劳分析及其优化

为了解决某冷凝器支架开裂故障,首先采集车架纵梁前、后两端的随机振动激励,得到激励端的时域载荷谱,并且将其转换为功率普密度曲线。然后基于单位载荷的频率响应分析得到频率应力的传递函数,以此对该冷凝器支架进行随机振动疲劳分析,分析结果表明其疲劳寿命低于工程要求值,其危险点区域和开裂位置相同。再基于集成平台对冷凝器支架的厚度进行多目标优化,优化之后冷凝器支架的寿命满足疲劳性能要求,其重量达到了最轻,优化效果良好。最后按照相应的试验规范对冷凝器支架的优化方案进行道路试验,试验结果表明冷凝器的频域加速度大幅度降低,冷凝器支架也未开裂,成功解决了该故障问题,整个系统分析方法为类似支架的设计开发提供了科学依据和理论参考。     

汽车横向稳定杆疲劳寿命分析及其优化设计

为了解决某横向稳定杆断裂失效问题,首先基于有限元方法和刚柔耦合多体动力学建立前横向稳定杆总成模型和前悬架动力学模型,提取其极限工况时横向稳定杆两端上下跳行程,获取强度分析的强制位移为49.5 mm。然后基于Nastran软件对横向稳定杆进行强度分析,分析结果表明其最大应力为977.6 MPa,位于横向稳定杆与稳定杆支架、衬套相连接位置,存在疲劳损伤风险。采用Femfat软件对横向稳定杆进行疲劳寿命分析,分析结果表明其最小寿命为3.37×10~4次,最薄弱处与强度分析最大应力位置一致,低于设计要求值。再通过Isight优化集成平台对横向稳定杆直径进行多目标优化分析,获得了其最优直径,同时其疲劳性能满足设计要求。最后建立横向稳定杆台架试验平台,以正弦波进行加载,试验表明优化之后横向稳定杆试验结果与疲劳仿真结果相吻合,并且通过了整车道路试验,最终成功解决了该横向稳定杆断裂故障问题。该分析方法结合了有限元、多体动力学、疲劳力学、台架试验和路试验证,为类似结构件疲劳强度分析以及优化设计提供了先进的科学指导。     

双叉臂悬架上摆臂疲劳开裂分析及其优化

为了解决某双叉臂悬架上摆臂开裂问题,首先建立上摆臂有限元分析模型同时进行对标试验,对标结果表明有限元仿真与其测试值基本一致。再基于双叉臂悬架多体动力学模型提取制动工况时的载荷,以此对其进行极限加载,分析结果表明其最大应力超过材料极限,与开裂位置吻合。基于Miner疲劳损伤累积理论对上摆臂进行疲劳寿命分析,疲劳分析结果表明其最低寿命低于目标值,与强度分析薄弱位置一致,再现了失效模式。最后基于Isight集成平台对上摆臂进行优化分析,得到了上摆臂本体及其加强板最优的料厚,优化之后上摆臂的强度性能和疲劳性能明显提升,均满足设计要求,与此同时其优化方案均通过了台架试验和路试验证,成功解决了该开裂问题。     

轻卡燃油滤清器支架振动分析及其优化设计

针对某轻卡燃油滤清器支架在整车道路试验中出现的开裂问题,首先采集该支架在各个路面的振动加速度,测试结果表明其中搓板路的振动加速度最大。然后将车架端作为激励点并且加载实测频域信号,基于频率响应方法对该支架进行振动分析,分析结果表明该支架在Z向的最大von Mises应力超过其材料屈服强度,位于圆管折弯处,与实际失效位置一致。最后通过Isight平台集成Catia、Hypermesh和Nastran同时采用第二代非劣排序遗传算法对该支架进行多目标优化分析,得到了圆管的最优参数,优化之后其最大应力值均低于许用应力,优化效果比较明显,均能够满足疲劳强度性能要求,与此同时其优化方案也通过了整车可靠性路试验证,因此成功解决了该开裂问题。该分析方法集成了道路测试、有限元技术、频率响应方法以及整车可靠性路试验证,对于类似支架的振动分析及其优化设计具有非常重要的实际工程应用意义并且提供了先进的参考依据。     

某轻型货车油箱支架强度分析与轻量化设计

为了有效降低某轻型货车油箱支架的重量,首先基于有限元方法建立油箱支架离散化模型,再采集搓板路面的时域信号,得到其激励端的频域振动加速度,并据此对其频率响应分析,分析结果表明其强度的最大应力值低于材料屈服。然后基于集成优化平台对支架的结构参数进行轻量化设计,得到其最优参数,优化结果表明其强度性能能够满足设计要求,并且其重量降低了17.1%,优化效果比较理想。最后对该油箱支架的优化方案进行实车道路耐久试验,试验结果表明其没有发生开裂失效,成功通过了整车试验验证,因此整个轻量化分析方法具有较高的可靠性,能够为同类结构的轻量化设计提供参考和借鉴。     

某前保险杠过渡支架振动开裂分析与优化

为了解决某前保险杠过渡支架的开裂问题,首先基于建立前保险杠总成有限元模型,对其进行振动特性分析,并且进行模态测试对标,分析结果表明其不会发生共振。然后采集纵梁前端在坏路的激励载荷,测试结果表明该前保险杠总成的第一阶模态频率与搓板路的激励频率相同,从而引起偶合共振。再对该前保险杠总成进行振动疲劳分析,分析结果表明其最低寿命低于实际工程设目标值,并且其危险点与开裂区域一致。再采用Isight集成平台对过渡支架进行多学科多目标优化分析,分析结果表明该过渡支架能够满足振动特性和疲劳性能设计要求。最后对其优化方案进行路试验证分析,分析结果表明优化之后过渡支架的振动幅值下降了32.1%,并且顺利通过了道路耐久试验。     

某ABS阀支架振动疲劳分析及其优化设计

为了解决某ABS阀支架断裂失效问题,首先基于有限元方法对其进行模态分析,分析结果表明其前两阶固有模态频率与发动机的激励频率相一致,将产生共振,不满足模态性能要求。然后采集横梁左、右端的载荷谱,将其转换为功率谱密度载荷,并通过单位激励的频率响应分析,建立单位激励与应力之间的传递函数,以此对其进行振动疲劳分析,分析结果表明该支架的疲劳循环次数低于目标值,不满足疲劳性能要求,并且其危险点与断裂位置相同。再采用霍克-吉维斯直接搜索算法对该支架进行参数优化,并新增一条加强筋,得到最终对优化方案。优化之后该支架的第一阶频率能够避开发动机激励频率,其疲劳循环次数高于目标值,其重量也降低了16%,能够同时满足模态性能、疲劳性能和轻量化的要求。最后对优化方案进行道路验证和测试,测试结果表明该支架的振动激励降低了39.3%,优化效果比较明显,并且没有出现开裂现象。     

某载货车储气筒支架振动分析及其优化设计

针对某载货车储气筒支架的开裂问题,首先基于储气筒总成有限元模型对其进行模态分析,分析结果表明其前两阶固有频率与发动机激励频率重合,会产生共振,不满足动态特性要求.再采集车架端的激励信号,对其进行频率响应分析,分析结果表明其应力水平超过材料屈服,并且危险点与开裂区域相符,不满足强度性能要求.再采用邻域培植多目标遗传算法对储气筒支架的结构参数进行优化设计,优化之后其低阶频率大于外界激励频率,其应力值减小了 40.3％,满足振动性能要求.最后对其进行整车道路试验与测试,测试结果表明其应力测试值与仿真值的精确度为98.4％,优化后储气筒的振幅减小了 36.8％,优化效果显著,并且解决了某载货车储气筒支架的开裂问题.     

重型卡车散热器失效分析及优化研究

针对重型卡车铝塑管带式散热器泄漏失效问题,根据疲劳失效机理分析,优化设计塑料水室、主板、散热管、侧板等散热器核心零件。利用有限元仿真进行耐压分析和热-结构耦合分析。仿真结果表明：在压力交变载荷和温度交变载荷作用下,散热器各组成零件的最大变形量和最大应力值分布点与实际失效区域吻合,验证了有限元模型和仿真分析的准确性,对比材料疲劳寿命曲线,优化后散热器的应变、应力值小于设计安全值。对散热器样件进行压力脉冲试验和冷热循环试验,结果满足主机厂设计要求。     

盘式制动器支架疲劳分析及优化

取盘式制动器摩擦块的标准试样进行压缩试验,建立制动盘-摩擦块制动过程的数值模型,根据计算结果分析支架受力分配,并利用疲劳台架试验对数值模型进行验证;基于支架应力测试试验,建立支架有限元分析数值模型,研究盘式制动器支架的应力应变分布规律,结果表明:支架应力最大值出现在较细拱桥一侧,大于屈服强度,数值解与试验值吻合程度较好,说明模型可靠;基于20万次疲劳台架试验,建立盘式制动器的疲劳分析模型,研究盘式制动器支架疲劳寿命的影响因素;结合有限元分析和疲劳分析的结果,对盘式制动器支架进行形状优化,优化后支架应力得到明显改善,解决了目前盘式制动器支架易出现疲劳破坏的关键性问题。     

基于神经网络的液压支架底座疲劳寿命预测

针对液压支架底座偏载时承受的应力较大,设计时改变筋板的厚度必须重新计算其疲劳寿命耗时耗力的问题。提出使用神经网络对液压支架底座疲劳寿命进行预测的方法。首先选取对底座疲劳寿命影响较大的4个设计参数,使用ANSYS计算其30组参数水平下的疲劳寿命。再用神经网络对前25组数据进行训练建立神经网络黑箱模型。最后用5组数据验证建立的BP神经网络疲劳寿命模型的预测精度。结果表明,神经网络能快速估算出底座疲劳寿命,并且估算的疲劳寿命平均相对误差较为理想,完全满足工程实际要求,为液压支架底座的高效准确的设计和优化提供了方法参考。     

某前桥静动态特性分析及其轻量化设计

为了获取某轻型载货车前桥的静动态特性并验证其可靠性,首先采用有限元方法建立前桥系统离散化模型并进行自由模态分析,分析结果表明其前三阶固有频率均处于外界激励频率范围之外,满足振动特性要求.然后对其典型工况进行静强度分析,分析结果表明其最大应力值均低于材料许用值,符合强度性能要求.再对其进行疲劳寿命预测分析,分析结果表明其最低寿命满足工程要求值.再采用集成平台对前桥结构参数进行多学科多目标优化分析,分析结果表明优化后的静动态特性均符合使用要求,并且成功减重8.25％,轻量化效果显著.最后顺利通过了台架试验验证,试验结果表明其疲劳分析值与试验值的准确度达到了90.3％.     

安全气囊ECU支架的频响分析及模态优化

安全气囊ECU是当车辆发生碰撞时,用于检测加速度信号,控制气囊起爆时间的部件。车辆研发过程中要求安全气囊ECU安装支架必须满足一定的固有频率的设计要求,以防止引发共振而产生误爆。对Nastran软件和频率响应分析做了介绍,应用Hypermesh和Nastran软件,对某款车型的安全气囊ECU支架进行频响分析和模态分析,并且对ECU的安装形式和支架的结构进行初步分析和结构优化,优化结果使ECU支架的固有频率达到设计要求,为设计部门的详细设计和后续方案提供依据。     

汽车后悬架拖曳臂台架疲劳试验失效分析及其改进

为解决某SUV后悬架拖曳臂台架试验耐久失效故障,首先建立后悬架系统有限元分析模型,根据悬挂系统耐久试验装置及其失效工况,在轮心处沿着纵向施加6 000 N,对其进行强度分析,以此确定应变片测试位置。然后基于胡克定律对测试数据进行处理计算,得到测试点的应力值,与有限元模型进行对标分析,分析结果表明两个应变片测试点的台架试验结果与有限元分析的误差率分别为4.5%和5.1%,因此该有限元模型具有很高的准确性。再基于对标成功的有限元分析模型,约束车身所有自由度,在轮心位置施加以纵向力12 000 N,分析结果表明拖曳臂的最大应力为397.3 MPa,并且其应力集中位置与裂纹源一致。通过在开裂的螺栓孔处焊接大垫片,改进之后拖曳臂的最大应力为313.74 MPa,其较改进之前降低了21.1%。最后基于Miner线性损伤理论和Ncode软件对拖曳臂原始方案和改进方案进行分析,其最大损伤值分别为2.3和0.9,相应的拖曳臂疲劳寿命提高了60.9%,改善效果非常明显,其最大损伤值位置也与失效件裂纹源位置相吻合,并且其改进方案最终顺利通过了悬挂系统的台架耐久试验验证。     

基于高频振动的天线梁疲劳研究

针对地铁线路运营过程中频繁出现的天线梁疲劳失效问题开展动应力和振动加速度测试研究。根据动应力测试数据,分析天线梁薄弱处的疲劳寿命,对天线梁进行PolyMAX法模态识别找出其低阶固有频率以及振动频谱分析找出其振动特性传递规律。分析结果表明:天线梁ATP吊座与主管连接的焊缝处发生共振而出现高应力循环,其应力水平和作用频率远高于设计水平,在运营中极易发生疲劳失效。同时基于工程应用方案,对天线梁应力集中部位增加加强筋进行结构优化,测试结果表明,加强筋增加了结构强度、有效减小了动应力的幅值,但没有避开共振。最后基于试验数据和仿真结合,提出了减轻质量提高固有频率以及动力吸振装置来降低振动。结合实际振动环境,要求天线梁的设计应该有效的避开工作模态,而不是仅仅优化局部强度,为动态结构的设计提供新思路。