基于仿真和试验的白车身疲劳技术研究.pdf
《基于仿真和试验的白车身疲劳技术研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于仿真和试验的白车身疲劳技术研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于仿真和试验的白车身疲劳技术研究*张建刚,王鹏,钱玉兰(潍柴动力股份有限公司上海研发中心,上海201114)摘要:利用车身模型进行仿真分析预测白车身疲劳薄弱环节,通过开发车身与标杆车身进行疲劳试验,进一步考核白车身薄弱环节并确定其疲劳寿命水平,从而获得最优的优化方案,同时验证仿真分析精度,最后通过优化再次进行疲劳试验验证。关键词:白车身;仿真分析;疲劳试验中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1001-2354(2023)S2-0196-06Fatigue study of vehicle body in white based onanalysis and testZHANG Ji
2、angang,WANG Peng,QIAN Yulan(Weichai Power Co.,Ltd.,Shanghai R&D Center,Shanghai 201114)Abstract:Make use of the body in white(BIW)model to simulate and analyze the weak link of the body fatigue.Bye using thedeveloped BIW and benchmark BIW for fatigue test,further check the weak link of thedeveloped
3、BIW and determine it s fa-tigue life level,thus,obtain the optimal scheme,and verify the accuracy of the simulation analysis,finally,the fatigue test was veri-fied through optimization.Key words:body in white(BIW);simulation analysis;fatigue test*收稿日期:2023-07-12;修订日期:2023-10-24车身是汽车驾驶的基础载体,承载正副驾驶员及内
4、外饰零部件及附件的安装,其自身的结构强度在一定程度上决定了汽车的使用寿命。如何确定开发中车身的结构强度,达到设计开发要求,是开发人员在设计过程中必须思考的课题,其中白车身扭转刚度反映了白车身抵抗扭转载荷的能力,是车身重要的性能指标,对车身耐久性、稳定性、舒适性等具有十分重要的意义1-2。白车身的疲劳可靠性是其扭转刚度优劣的直观表现,直接影响到整车的生命周期及车辆的市场竞争力3。车辆实际行驶中,车身结构承受交变载荷作用,表现出来的断裂破坏大部分是疲劳断裂。疲劳破坏形成的机理是在零部件局部高应力区,较弱的晶粒在变应力作用下形成微裂纹,然后发展成宏观裂纹,裂纹继续扩展最终导致疲劳破坏4。车身结构的疲
5、劳强度评价,由于载荷的选取及施加的频率是否合适,评价的准则如何界定等因素,导致其分析与评价缺乏客观性、科学性。商用车行业中,重卡车企多数都有自己的疲劳强度研发方法及试验与评价,都属于企业内部规范与企业技术机密,一般不会公开。而轻卡行业中各主机厂的疲劳强度研发多是参考标杆车对标设计,至于实际的疲劳强度水平,目前暂未开展相关的验证、分析与评价工作。实车在试验场进行疲劳强度验证是考核车身结构强度最直接最有效的方法,但是,要想把车身的所有薄弱环节都考察出来,非常不易实现,不仅要耗费巨大的人力、物力、财力,也不一定能够得到全面考察,因为涉及到实车试验时载重情况、选择的路况及里程、试验场道路实际情况、驾驶
6、员操纵水平等各种因素,而目前计算机辅助分析技术(CAE)已经在汽车设计开发阶段广泛应用,通过输入一定的参数,能够准确地分析得到车身强度、刚度、模态等各项性能指标,并能预测车身存在的薄弱环节,所以可将试验场采集到的载荷谱、结合CAE预测分析结果,在试验室台架上,设计合适的试验方案进行试验法分析与评价5。试验室中进行疲劳试验,典型的就是在等幅交变载荷下的试验,常分为前扭和后扭。文中针对轻卡行业新开发车身疲劳第 40 卷 增刊 22023 年 12 月Vol.40S2Dec.2023机械设计JOURNAL OF MACHINE DESIGNDOI:10.13841/ki.jxsj.2023.s2.0
7、252023年12月结构强度,在试验场采集载荷谱并经过迭代处理的基础上,通过理论计算得出基础载荷,运用有限元分析软件建立开发轻卡白车身的有限元模型,CAE仿真分析得到材料达到屈服强度时的动载荷,选定合理的载荷区间,对白车身进行了多次扭转疲劳分析,并通过实际台架疲劳试验进行验证仿真分析结果,从而制订优化方案并再次进行试验验证5。文中主要讨论车身后扭情况。1后扭刚度仿真模型的建立及计算分析1.1车身刚度仿真模型的建立对轻卡的白车身进行网格划分,得到轻卡车身的有限元模型,然后对其进行后扭刚度性能分析。此驾驶室的车身均为钣金件,料厚方向厚度远小于其他两个方向的厚度,需要对其各个零部件抽取中面,利用壳四
8、边形单元和三角形单元进行网格划分,单元尺寸控制在10 mm左右,用RBE3-HEXA-RBE3进行焊点模拟6。车身有限元模型的单元数为241 940个,节点数为 266 156个,三角形单元比例为4.6%,悬置加载位置加入BUSH单元,1/2/3方向(即为X轴/Y轴/Z轴方向)的刚度为1 200N/mm。车身有限元模型如下图1所示。1.2载荷的确定基础载荷的确定:以理论计算确定试验基础载荷谱,结合仿真分析及复现道路载荷谱的大应力部位调试预加载载荷4。相比于某重卡车型的加载工况,求解轻卡驾驶室白车身在与重卡车型具有相当单位前后悬置长度扭转角情况下油缸加载载荷及位移。以重卡加载扭矩为5 kNm为参
9、考,则重卡车型的单位前后悬置长度下扭转角重为:重=重L重=(M重K重)/L重=5 00043 214 2.018=5.73 10-2()/m式中:K重重卡后扭转刚度;L重重卡前后悬置间的距离;重重卡后悬置扭转角。令开发轻卡的与重卡车型的相近,即轻=重=5.73 10-2()/m,则轻为:轻=L轻 轻=1.335 5.73 10-2=(7.65 10-2)。则轻卡加载扭矩为:M轻=K轻 轻=7 732 0.076 5=591.57 Nm。则垂直载荷为:F=M轻S轻=591.57 1.210=520.8 N。左右后悬置施加的垂直载荷与左右后悬置受到的车身1/4重力叠加,共同作用于左右后悬置,如图
10、2所示。在理论计算的基础上,由于CAE仿真分析得到当加载365N时材料达到屈服极限,考虑到白车身配装前悬套管的加强作用,为实际试验初始调试阶段设置了CAE分析的加载载荷范围365675 N,可以大致预估出白车身的薄弱环节以及加载载荷范围。1.3计算分析台架试验固定结构需要在左右前悬固定点内置橡胶衬套,以释放部分自由度(绕x,z轴有12的转动角度)。仿真分析365,520,675 N这3种载荷下的扭转疲劳。以下介绍加载载荷为675 N时的分析结果。1.4分析结果扭转疲劳分析边界条件为前悬约束1,2,3自由度,后悬施加交变载荷7。分析结果显示:主要薄弱位置位于顶盖前部与左右侧围搭接圆弧部位及其下部
11、的止口位置,左右侧围的A柱中下部截面突变部位及临近的门框止口位置,具体如图3所示。F加G/4F加G/4S约束1,2,3自由度F=675 N图3模拟分析薄弱节点图1白车身有限元模型图2载荷计算示意图F加施加的载荷;G/41/4车身的重力(a)模型约束(b)顶盖薄弱节点(c)左A柱薄弱节点(d)右A柱薄弱节点张建刚,等:基于仿真和试验的白车身疲劳技术研究-197机 械 设 计第40卷增刊22试验研究2.1约束与支撑试验采用四通道车辆道路模拟试验台,前悬固定,在前悬置支架约束,如图 4 所示。约束点为上支架与橡胶减振器的联结螺栓中点,试验时通过球铰将后悬置上支架连接在固定支架上,即每个约束点约束 3
12、个平动自由度,释放绕y轴的转动自由度,绕x,z轴有15的转动角度。垫圈由钢垫圈和橡胶垫圈组成。由于橡胶垫圈的刚度(1 200 N/mm)比钢垫圈小,与全部使用钢垫圈来填充球铰间隙相比,使用橡胶垫圈能够释放出微小的x,y向位移,从而减少室白车身扭转工况的干涉。后悬通过整车振动控制系统控制油缸进行加载,油缸与后悬连接处布置有双向力传感器。后悬置支架加载,即将后悬置上支架通过球铰连接到加载油缸8,如图5所示。2.2应变片粘贴根据前期试验场采谱时应变片位置及仿真分析疲劳强度预测,试验前在A柱和B柱相应位置贴上应变片以监测和调试结构预加载应力,如图6所示,以使预加载的白车身薄弱环节应力达到持久疲劳强度1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 仿真 试验 车身 疲劳 技术研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。