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。     

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。     

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。     

发动机ECU支架振动疲劳分析及其优化设计

为了解决某发动机ECU支架开裂失效问题,首先采集ECU与车架端的实车加速度,并且将其时域信号转换为频域信号。然后基于有限元方法建立ECU支架分析模型,对其进行频率响应分析,分析结果表明其最大应力值超过其材料屈服强度。再基于Miner线性累积损伤理论和功率谱密度函数对其进行振动疲劳分析,分析结果表明其最小寿命为低于设计要求值,与实际失效位置相吻合。最后基于Isight集成优化平台并且采用多岛遗传算法对ECU支架进行优化设计,得到了其最佳的设计参数,优化之后其最大应力值和疲劳寿命均能够满足设计要求,并且其优化方案通过了路试验证,成功解决了该故障问题。     

基于MSC.fatigue的某微客横向稳定杆疲劳寿命分析

横向稳定杆是汽车独立悬架上的一个重要的安全部件,由于其长期出于交变载荷中,对其进行疲劳寿命分析就比较重要。基于刚柔耦合相关动力学理论在Adams/car中建立汽车前悬挂模型,提取极限工况下横向稳定杆的最大位移,作为横向稳定杆强度计算的输入载荷;采用Nastran SOL400对横向稳定杆进行非线性强度分析,计算出疲劳寿命分析所需要的应力输入;在MSC.fatigue中采用S-N对横向稳定杆进行疲劳寿命分析。建立了一套系统分析横向稳定杆疲劳寿命的分析方法,为其他汽车零部件的疲劳强度分析提供了参考。     

汽车稳定杆疲劳试验机加载机构的运动学分析

为了分析汽车稳定杆疲劳试验机加载机构的加载性能,对汽车稳定杆疲劳试验机的加载机构建立运动学方程,做出了机构的位置线图、速度线图和加速度线图,得到机构在一个循环中位移、速度和加速度的变化情况及加载装置的振幅变化情况,改进了加载装置的结构及安装位置,提高了加载性能。     

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。     

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。     

一种地铁ATC天线支架结构改进设计

分析了地铁ATC天线安装支架焊缝出现开裂和动应力较大现象的主要影响因素。采取改进设计ATC天线安装支架结构的方式,降低焊缝区域应力,提高ATC天线安装支架疲劳寿命。运用ANSYS进行了静强度和疲劳强度计算,根据静强度应力云图和疲劳强度Goodman曲线进行对比分析。分析结果表明:在同样加载条件下,改进后的ATC天线安装支架焊缝出现开裂和动应力较大处的最大应力大为改善。     

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。     

汽车驱动桥壳性能仿真分析及其改进

针对某汽车驱动桥壳强度性能、模态性能和刚度性能难以获取的问题,基于驱动桥壳强度分析原理模型,采用有限元方法对该驱动桥壳进行有限元建模,根据实际工况对驱动桥壳进行约束和加载,其分析结果表明在垂向跳动工况时,驱动桥壳的最大应力超过其材料屈服,位于桥壳与板簧支座的焊缝连接处,不满足设计要求。通过将驱动桥壳厚度增厚,同时增大桥壳的过渡圆弧半径,改进之后驱动桥壳的最大应力有所降低并且小于材料许用应力,满足强度性能要求。模态分析结果表明,驱动桥壳的前三阶约束频率均大于发动机怠速频率,能够避免发生共振风险,满足模态性能要求。刚度分析结果表明,驱动桥壳的垂向每米轮距最大位移小于国家规范要求值,满足刚度性能要求。因此改进之后的驱动桥壳能够同时满足强度、模态和刚度性能要求。     

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SWC-BH型十字轴式万向联轴器强度与模态分析

为了解某公司在白车身焊装生产线往复杆输送系统中所采用的SWC-BH型十字轴式万向联轴器能否在实际运行中满足使用要求,采用CATIA软件对十字轴式万向联轴器进行三维建模,利用有限元软件Abaqus/CAE中模态分析模块及静力学分析模块,按照其实际使用工况,对十字轴式万向联轴器水平运输阶段进行结构强度分析与模态分析。结果表明,在水平运输阶段出现强制停机而导致十字轴式万向联轴器发生扭转急停现象时,联轴器上最大等效应力值达到了510.8 MPa,位于输出端十字轴承轴肩处,所有部件的最大等效应力值范围在159.3～510.8 MPa,除两端的十字轴承外,其余部件均没有超过其材料的许用应力;两端十字轴承轴肩处的应力已超过其材料的许用应力,会发生断裂,提出了一些失效原因及改进措施。在模态分析中,从联轴器的振型位移图可以发现,振动位移量最大值为7.374 mm,但该联轴器实际转动频率为11.6 Hz,小于第一阶固有频率13.826 Hz,可以有效避免共振,为十字轴式万向联轴器选型、设计及汽车主机厂实际操作提供了一定的帮助与借鉴。     

半钢轮胎活络模具弓型座疲劳寿命分析

弓型座是轮胎活络模具关键零件。本文基于CAE及疲劳分析软件对其进行应力、位移与疲劳寿命分析。结果表明最大等效应力出现在弓型座内表面,竖直方向最大位移量位于弓型座悬臂部分且小于其悬臂下侧与花纹块上侧之间设计间隙,最大等效应力与竖直方向最大位移量均随其悬臂厚度增加而减小。最低疲劳寿命出现位置与最大等效应力出现位置相同,同种材料制造的弓型座,疲劳寿命随其厚度增加而增大;厚度相同时,40Cr制造的弓型座比QT450-10制造的弓型座疲劳寿命要长。     

离心风机叶轮强度优化设计与寿命预测

为了研究某离心风机叶轮叶片断裂现象,基于Workbench运用子模型法对叶轮进行强度分析,根据分析结果对叶轮进行优化设计,最后运用nCode Designlife对改进后叶轮进行疲劳寿命预测。研究结果表明：原叶轮在离心力作用下的等效应力远超出材料许用应力,应力集中位置与实际破坏位置基本一致,因此,将子模型法用于叶轮强度分析是可行的,而且分析结果更为精确有效,分析效率显著提高。改进后叶轮的等效应力小于材料许用应力,其中最大应力仅为122.5MPa,有效保证叶轮运行可靠性,通过疲劳寿命预测证明该叶轮使用寿命可达35年。     

随机动载荷下掘进机镐形截齿的疲劳寿命预测

为了缩短掘进机的停机时间,确保其在截割过程中的稳定性和可靠性,以复杂煤层条件下掘进机的镐形截齿为研究对象,基于MATLAB软件对其所受的随机载荷进行模拟.提取载荷最大值加载到有限元分析软件中,对截齿进行静力学强度分析,根据得到的位移云图和应力云图确定其危险位置;基于静力学分析结果,采用Hypermesh软件中的疲劳模块对随机动载荷作用下的镐形截齿进行疲劳寿命预测.结果表明其强度和疲劳寿命满足使用要求,具有较高的指导作用和实用价值.     

基于RecurDyn的多工况下的尼龙蜗轮疲劳性能研究

汽车转向系统中尼龙蜗轮的齿根弯曲疲劳失效是其主要失效模式。基于Hertz接触理论和以共旋坐标法为基础的增量有限元法,在多体动力学软件RecurDyn中建立蜗轮蜗杆非线性瞬态动力学模型,并根据试验要求的多工况加载条件,对其进行应力分析和疲劳寿命分析,可以精确地得到尼龙蜗轮齿根处在各加载工况的瞬态应力值,进而研究尼龙蜗轮在相应时间历程下的疲劳寿命。仿真分析结果与试验疲劳寿命对比分析表明,当动力学模型和疲劳损伤模型满足一定准确度要求时,可以利用RecurDyn快速、精确地获取尼龙蜗轮多工况动态加载下的疲劳寿命。该疲劳性能研究方法为后续汽车转向系统中蜗轮蜗杆的设计及疲劳寿命分析提供了模型和理论依据。     

抹灰机器人钢丝绳应力与疲劳分析

为了研究抹灰机器人正常工作下的使用寿命，对承载部件钢丝绳进行疲劳寿命计算。建立抹灰机器人中6*7+IWS钢丝绳模型并进行有限元分析，得到了抹灰机器人正常工作下钢丝绳拉伸与弯曲的应力位移分布情况，然后结合S-N曲线对钢丝绳进行疲劳分析。结果表明：拉伸时最大应力处于钢丝绳两端处中心钢丝与周围钢丝的接触位置，最大位移位于钢丝绳绳左端离中心最远的钢丝，寿命最小为绳芯中心钢丝与周围钢丝的接触位置；弯曲时最大应力位于绳股外侧钢丝与中心钢丝接触位置，最大位移位于离滑轮最远处绳股外侧钢丝，最小寿命为绳股中心钢丝与外侧钢丝接触位置。     

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。     

冷轧钢压印接头拉伸-剪切和疲劳性能研究

对冷轧钢圆形连接点和矩形连接点的压印接头进行拉伸-剪切试验,研究连接点形状对接头拉伸-剪切性能的影响.并对圆形连接点压印接头进行疲劳试验.试验结果表明,两种接头拉伸-剪切强度和刚度相当.圆形连接点拉伸-剪切过程中的能量吸收值大于矩形连接点,矩形连接点的失效形式为上板拉脱失效.应力比R=0.5,当最大疲劳载荷为接头强度的95％时,接头循环寿命可以达到137万次,为80％时,可以达到疲劳极限500万次.疲劳失效形式为上板接头处产生裂纹,裂纹方向与加载方向大致呈90°.提出了圆形点压印接头的拉伸-剪切强度预测公式和疲劳寿命计算公式,拉伸-剪切强度公式的误差为6.9％.