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        基于虛擬載荷譜的車橋結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算

        2018-05-21 07:45:09王鵬利
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)分析方法

        王鵬利

        (陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710300)

        隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,汽車結(jié)構(gòu)的舒適性、安全性越來越受到人們的重視,每開發(fā)一種新車型,都需要在道路試車廠中對(duì)車輛進(jìn)行疲勞耐久性試驗(yàn),這種方法耗費(fèi)較多時(shí)間和經(jīng)費(fèi),不能適應(yīng)汽車行業(yè)的快速發(fā)展。近年來,虛擬仿真技術(shù)在各行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

        車橋通過懸架與車架相連,是車輛承載的重要部件,車橋的疲勞破壞都是在高水平應(yīng)力的持續(xù)作用下發(fā)生的隨機(jī)疲勞破壞,隨機(jī)疲勞破壞一般采用基于功率譜密度的頻域分析法。

        1 隨機(jī)載荷譜

        考慮車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命問題,主要是得到其載荷譜。輪胎對(duì)車橋產(chǎn)生直接激勵(lì),而輪胎受到的激勵(lì)是由于隨機(jī)路面不平度引起。

        目前,路面不平度的虛擬仿真方法主要有諧波疊加法、積分單位白噪聲法、濾波整形白噪聲法以及利用ARMA模型的方法。這些方法所得路面不平度數(shù)據(jù)存在一定誤差。文章采用傅立葉變換及數(shù)據(jù)采樣定理獲得路面不平度數(shù)據(jù),并應(yīng)用到ANSYS的隨機(jī)振動(dòng)分析模塊中。

        設(shè)xm是路面不平度的采樣數(shù)據(jù),則其離散傅立葉變換為

        Xk的離散傅立葉變換的模值為

        對(duì)Xk進(jìn)行離散傅立葉逆變換可得路面不平度

        圖1 F級(jí)路面不平度曲線

        地面作用于輪胎的激勵(lì)時(shí)間頻率下限fl=0.1Hz,上限fu=30Hz,車輛響應(yīng)的頻率范圍為0.5~20Hz,車輛的平均車速ν=m/s,車輛的行駛路況以F級(jí)路面等級(jí)進(jìn)行模擬,F(xiàn)級(jí)路面不平度系數(shù)Gd(n0)=16384。用該算法求得沿車輛行駛方向500m的路面不平度曲線,如圖1所示。

        2 車橋模型的建立與分析

        車橋材料為高強(qiáng)度鋼42CrMo,單元類型為Solid92單元,對(duì)局部進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)劃,得到12956個(gè)單元。模態(tài)分析求得車橋結(jié)構(gòu)前10階固有頻率,如表1所示。

        表1 車橋結(jié)構(gòu)前10階固有頻率

        3 車橋疲勞強(qiáng)度分析

        Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累積損傷理論的損傷公式為:

        通過前面的計(jì)算和通用后處理器觀察可知,載荷步(load step)1的第十個(gè)子步1σ的最大Von miss應(yīng)力值為245.523 MPa,如圖2所示。在該路況下,分別求出結(jié)構(gòu)平均振動(dòng)頻率和nσ值,取總體損傷D=1,代入總體損傷公式(4)可得:T=2.77×104小時(shí),即該工程車輛累積行駛約9.97×105km。

        圖2 F級(jí)路面上車橋結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力分布圖

        4 結(jié)語

        文章通過虛擬仿真的方法對(duì)路面不平度進(jìn)行研究,得到路面不平度數(shù)據(jù)。并應(yīng)用ANSYS的隨機(jī)振動(dòng)分析模塊,進(jìn)行模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析并得到了1σ的最大應(yīng)力值為245.532MPa,結(jié)合Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累積損傷理論的三區(qū)間法對(duì)車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測。

        參考文獻(xiàn)

        [1]徐占,過學(xué)迅,汪斌.標(biāo)準(zhǔn)路面譜重構(gòu)及軟件實(shí)現(xiàn)[J].設(shè)計(jì)·研究,2009,(3):23-26.

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