基于轮胎六分力的某商用车车架疲劳分析
商用车车架疲劳寿命仿真研究
商用车车架疲劳寿命仿真研究作者：张小雨来源：《科技信息·下旬刊》2018年第09期摘要：汽车车架是汽车的关键承载部件，易发生疲劳破坏。
商用车车架进行扭转台架疲劳试验时，不满足车架循环次数20 万次寿命要求；需要采用有限元法模拟车架扭转疲劳台架试验，以找出焊缝开裂原因并提出改进方案，比较不同焊缝建模方法计算所得车架扭转台架疲劳寿命，确定与台架试验结果吻合的焊缝建模方法；对车架焊缝开裂风险位置进行结构优化设计，提升纵梁横梁接头强度，先用有限元方法验证车架优化方案满足寿命要求后，再将优化后的车架进行台架试验，车架未发生开裂。
应用有限元方法预测台架疲劳耐久寿命，可以找出焊缝开裂原因并快速验证优化方案，缩短产品开发周期。
关键词：商用车；台架试验；疲劳寿命疲劳耐久性是汽车的主要性能指标之一。
汽车中大部分零部件的失效模式都表现为疲劳破坏。
对于非承载式车身的车型，车架是整车的装配基体和承载基体，承载着汽车各总成，并承受着各种力及力矩。
设计合理的车架是开发非承载式汽车重中之重，设计车架即不可过强，避免造成材料浪费，增加产品成本；又不可过弱，避免车辆寿命周期内发生开裂，对乘客造成伤害。
因此，对车架疲劳耐久寿命预估是车架开发的重要内容。
车架由不同厚度、不同形状的冲压钣金焊接而成，焊缝数量多且走势复杂，根据工程经验，车架疲劳失效主要发生在焊缝及其热影响区域，因此对焊缝及热影响区进行有限元模拟及寿命预测势在必行。
某商用车车架在进行扭转疲劳台架试验时，车架第三横梁与纵梁连接处焊缝发生开裂，不满足车架疲劳寿命要求，因此，对车架焊缝进行模拟，预测车架焊缝疲劳耐久寿命、找出焊缝开裂原因并快速提出有效改进措施。
一、车架扭转疲劳台架试验根据车架進行台架扭转疲劳试验，车架扭转疲劳台架试验模拟实车状态，把车架总成固定在台架试验台上，用专用夹具固定车架后弹簧座吊耳，可绕X 轴旋转加载装置与前弹簧座支架通过专用夹具连接，激振器作用通过加载装置Z 向加载，加载扭矩±2000N·m，加载频率3Hz，顺时针、逆时针各加载一次计一个循环。
基于轮心六分力的汽车平顺性优化分析方法
基于轮心六分力的汽车平顺性优化分析方法作者：孙礼刘红领张林波张德超摘要：基于多体动力学理论，在ADAMS/CAR 中建立轿车的整车多体动力学模型。
由于目前缺乏适合平顺性分析的轮胎模型，因此在分析过程中不考虑轮胎和路面的特性，直接采用耐久性试验采集的轮心六分力载荷作为输入进行虚拟仿真，与试验结果关联验证了该动力学模型的准确性。
在此模型的基础上优化弹簧、减振器、衬套刚度等悬架部件特性，降低了整车的振动加速度响应，为汽车平顺性的分析提供了一个新的分析方法。
关键词：多体动力学；平顺性；轮心六分力载荷。
1 前言现在随着汽车技术的发展和人们对汽车产品性能及质量要求的日益提高，一个汽车产品的生命周期越来越短，且一个全新汽车产品的研发周期也越来越短，以适应激烈市场竞争的需求。
在传统的汽车平顺性调校提升过程中，通过对试制出的物理样车进行反复的平顺性试验和整车底盘性能参数调整，最终达到较好的平顺性，这种方式既花费时间也增加研发成本，无法满足市场竞争的要求。
汽车多体动力学虚拟仿真分析技术在过去的几十年取得了长足的发展，特别是对汽车操纵稳定性的模拟具有较高的精度，能够有效的支持汽车操稳性能的开发与提升[1~3]。
然而，汽车平顺性的仿真模拟精度还受制于轮胎模型，用于平顺性分析的轮胎模型需要能够模拟小波长的路面输入，以考虑轮胎的非线性包容效果。
为了获得这些轮胎数据需要进行一系列特定的试验，这些试验耗散大量的时间以及成本。
基于上述原因，汽车多体动力学虚拟仿真技术一直不能有效地支持汽车平顺性开发与提升。
在做汽车耐久性分析时，通常进行耐久性试验，采集分析所需的力、加速度等信息。
基于此我们得到启发，可以使用耐久性试验采集的轮心处六分力作为多体模型的输入进行平顺性虚拟仿真分析，进而开展虚拟仿真模型的验证以及优化分析工作，这样就可以有效地避开轮胎模型的问题。
2 车辆振动理论概述在0~25Hz 内，车辆垂直方向的振动主要是车身与车轮的跳动，因此可将复杂的车辆模型简化成四分之一车辆模型来代替，如图1 所示，此系统包括由主悬挂系统支撑的簧载质量，再与车轴的非簧载质量相联。
车辆结构疲劳研究
车辆结构疲劳研究发布时间：2021-10-13T01:03:30.824Z 来源：《科学与技术》2021年第5月15期作者： 1.李东东、2.张希杰[导读] 自列车提速以来，在运行中承受并传递着各种垂向、横向和纵向交变载荷的疲劳断裂问题日益突出。
机车车辆的大部分结构部件均为焊接结构，且在其运行过程中所承受的实际应力非常复杂，使得机车车辆的疲劳强度问题变得及其重要而又复杂。
1.李东东、2.张希杰中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000摘要自列车提速以来，在运行中承受并传递着各种垂向、横向和纵向交变载荷的疲劳断裂问题日益突出。
机车车辆的大部分结构部件均为焊接结构，且在其运行过程中所承受的实际应力非常复杂，使得机车车辆的疲劳强度问题变得及其重要而又复杂。
因此对铁路车辆的焊接结构抗疲劳性研究具有重大的实际意义。
本文以综合作业检修车车架为研究对象，基于有限元模型，依照EN12663:2010标准,并考虑焊接结构的特殊性，以英国BS7608-1993标准中疲劳设计规范提供的焊接接头S-N曲线数据库为依据，利用Palmgren-Miner线性累积损伤理论，对该检修车车架进行了累计损伤比的计算，并依此判断该产品的疲劳特性。
关键词：综合检修车车架，有限元理论，BS标准，线性累计损伤理论第一章轨道车辆抗疲劳设计综述 1.1轨道车辆疲劳研究发展史早在18世纪，随着蒸汽机车的发展，以及机械设备的广泛应用，运动部件的破坏经常发生。
破坏往往发生在零构件的截面突变处，破坏处的名义应力不高，低于材料的抗拉强度和屈服点。
在19世纪初期，疲劳一词首次由彭赛列提出，它用于表述材料在循环载荷作用下承载能力逐渐耗尽以致最后突然断裂的现象。
对疲劳现象最先进行系统试验研究的学者是德国人Wholer，他从1847年至1889年对金属的疲劳进行了深入系统的试验研究[2]。
1850年他设计出了第一台疲劳试验机，对列车的钢制车轴进行疲劳试验，并首次使用金属试样进行了疲劳试验。
轻型商用车车架刚度及疲劳试验研究
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａＡｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｃｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ １ １ ２ ２）
Ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ＆ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｎ ｅ ｆ ｓ ｓ ｎｄ ａ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｗａ ｙ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｅ ｘ ｃ ｉ ａｔ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ． Ｃｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｗｅ ｌ ｄ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｔ ｉ ｕｅ ｇ ｅｓ ｔ ｔ． Ｔｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｄ ｗｅ ｌ ｉｎ ｄ ｇ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ
ｃ ｏ ｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ｆ ｒ ａ ｍｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｉ ｎ ｅ ｆ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｔ ｉ ｕｅ ｇ ｏ ｆ ａ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｃ ｏ ｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ．
行 了单激振点集 中加载方式 的弯 曲、扭转刚度试验及其疲劳试验 。车架在扭转疲劳试验时 出现焊缝开裂现象 ，经分 析是 由焊接质量差造成 的，并据此提出 了改进措施 。 本试验 结果为车架产品开发和设计改进提供了有效的依据，并
汽车底盘车架设计中的材料疲劳分析
汽车底盘车架设计中的材料疲劳分析在汽车底盘车架设计中，材料疲劳分析是一个非常重要的环节。
疲劳是指材料在受到交变载荷作用后，由于循环应力的累积导致材料发生破坏的现象。
而在汽车底盘车架上，由于长时间承受着各种道路条件下的载荷作用，材料的疲劳问题尤为突出。
为了确保汽车底盘车架的安全性和耐久性，对材料的疲劳行为进行分析是必要的。
疲劳分析的主要目的是预测材料在循环载荷下的寿命，并找出可能导致失效的主要因素。
在进行材料疲劳分析时，可以采用多种方法和工具。
首先，为了确定材料的疲劳性能，可以进行试验测试。
常用的试验方法包括S-N曲线试验、屈服试验和冲击试验。
通过这些试验，可以获取到不同应力水平下材料的寿命数据，从而对材料的疲劳性能进行评估和比较。
其次，在计算疲劳寿命时，需要考虑到材料的强度和应变的作用。
通常，可以采用疲劳强度估计方法来评估材料的寿命。
其中，常用的方法有正常应力分析法和奥兰鲍姆邻应力法。
这些方法主要是基于概率统计理论，通过考虑载荷历史和应力集中因素来估计材料的疲劳寿命。
同时，为了更准确地评估材料的疲劳行为，还需要考虑到材料的应力情况和应力集中因素。
底盘车架在实际使用时，由于复杂的道路条件和车辆负荷，使得车架上的应力水平和应力集中情况较为复杂。
因此，在进行材料疲劳分析时，需要考虑到这些影响因素，并进行相应的计算和分析。
此外，在进行材料疲劳分析时，还需要考虑到材料的局部应力和应力历史。
在汽车底盘车架上，存在着大量的焊接接头和连接部位，这些部位往往是材料发生疲劳失效的主要位置。
因此，疲劳分析时需要将焊接接头和连接部位的应力情况考虑在内，并进行相应的计算和评估。
最后，在进行材料疲劳分析时，还需要考虑到材料的使用环境和工作条件。
汽车底盘车架在实际使用时，承受着复杂的道路条件和车辆负荷，这些因素将直接影响到材料的疲劳寿命。
因此，在进行材料疲劳分析时，需要考虑到这些因素，并进行相应的计算和分析。
总之，材料疲劳分析在汽车底盘车架设计中具有重要的意义。
基于虚拟迭代及有限元理论的某中型货车驾驶室疲劳寿命研究
0引言机械零件大多数的破坏是由疲劳引起的，根据疲劳损伤机理进行零部件疲劳寿命的分析预测是工程师们面临的一项重要课题。
目前机械零件疲劳寿命分析预测方法主要有名义应力法、应力场强法、临界距离法等。
崔泗鹏等［1］在进行振动载荷下连接件疲劳寿命分析计算时使用了名义应力法，并综合考虑连接件孔边的应力均方根集中程度、孔表面状况和填充系数的影响。
该方法在疲劳寿命计算中用到的关键参数缺口系数为估算值，并且孔的填充系数为经验值，而孔的变化对填充系数影响较大。
李玉春等［2］针对缺口件运用应力场强法进行构件的多轴疲劳下的寿命预测，综合考虑了缺口效应、尺寸效应、不同加载方式及多轴效应的影响。
该方法考虑影响因素较多，在进行计算时所需参数较多，计算复杂。
辛朋朋等［3］针收稿日期：2017－06－19基于虚拟迭代及有限元理论的某中型货车驾驶室疲劳寿命研究刘俊1刘亚军1张少辉1杨建森2董强强21.合肥工业大学汽车与交通工程学院，合肥，2300092.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津，300300摘要：以某中型货车的驾驶室为研究对象，通过整车典型强化路面试验测量得到驾驶室悬置位置及车架上相应位置的加速度响应信号，并基于K&C 试验台和MTS 试验台分别测量得到驾驶室质心、转动惯量和衬套刚度阻尼等参数。
采用ADAMS 建立驾驶室和车架的刚柔耦合多体动力学模型；采用Fem⁃b 软件使用虚拟迭代的方法计算驾驶室悬置处和翻转机构处的载荷谱；最后运用Miner 线性疲劳累积损伤理论在疲劳仿真软件nCode 中进行疲劳分析。
通过台架试验验证了疲劳仿真的结果，并通过结构尺寸参数的重新设计使驾驶室前围板的疲劳寿命满足了设计要求。
关键词：惯性释放；刚柔耦合多体模型；虚拟迭代；疲劳分析；参数重设计中图分类号：U463.81DOI ：10.3969/j.issn.1004⁃132X.2018.13.012开放科学(资源服务)标识码(OSID)：Fatigue Analysis of a Medium Truck Cab Based on Virtual Iteration andFinite Element TheoryLIU Jun 1LIU Yajun 1ZHANG Shaohui 1YANG Jiansen 2DONG Qiangqiang 21.Institute of Automobile and Traffic Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei ，2300092.Automotive Engineering Research Institute ，China Automotive Technology and Research Center ，Tianjin ，300300Abstract ：Taking the cab of a medium truck as the research object ，the acceleration response signals of the cab mounting positions and the corresponding positions on the frame were obtained through the typical reinforced road tests.The center of mass ，moment of inertia of the cab and stiffness and damping of the bushing were measured based on the K&C test bench and the MTS test rig.The rigid⁃flexible cou⁃pling multi ⁃body dynamics model of the cab and frame was established in ADAMS software.The load spectrums of the cab suspension and flipping mechanisms were calculated by the method of virtual itera⁃tion in b software.Finally ，fatigue analysis was carried out in the fatigue simulation software nCode with the Miner linear ⁃cumulation fatigue damage theory.The results of fatigue simulation were validated by bench tests and the fatigue life of cab front panel was satisfied by redesign of the structural parameters.Key words ：inertial release ；rigid ⁃flexible coupledmulti⁃body model ；virtual iteration ；fatigue anal⁃ysis ；parameter redesign··1588对TC4合金缺口试样运用临界距离法进行疲劳寿命的分析预测，指出临界距离法分析结果精度的提高需同时考虑临界距离与疲劳寿命、载荷比以及应力集中系数等因素的相关性。
随机振动疲劳分析的某商用车悬挂件改进设计
随机振动疲劳分析的某商用车悬挂件改进设计随机振动疲劳分析的某商用车悬挂件改进设计摘要：本文通过对某商用车悬挂件进行随机振动疲劳分析，发现其存在易损零部件的问题。
为此，对其进行改进设计，采用新材料和复合结构的方式，提高了悬挂件整体的稳定性和耐久性。
经过实际测试和使用验证，改进后的悬挂件性能得到了显著提升。
关键词：随机振动疲劳、悬挂件、改进设计、材料、复合结构1.引言商用车的悬挂件是保障车辆正常行驶和提高乘坐舒适度的重要部件之一。
在长时间使用过程中，其中易损的零部件容易发生疲劳断裂，导致车辆出现故障。
因此，对悬挂件的随机振动疲劳进行分析，并进行改进设计，对提高商用车的可靠性和安全性具有重要意义。
2.分析对某商用车悬挂件进行随机振动疲劳分析，得到如下结论：（1）悬挂件整体刚度不够，容易发生弯曲和变形；（2）悬挂件易损零部件存在疲劳断裂的风险；（3）过度磨损和冲击会损坏悬挂件和密封件。
根据分析结果，对悬挂件进行改进设计，主要如下：（1）采用新材料，提高整体刚度，避免弯曲和变形；（2）采用复合结构，增强悬挂件的强度；（3）重新设计关键部位，减少易损零部件的使用。
3.实施经过改进设计，新悬挂件在新材料和复合结构的支持下，具有更好的耐久性和稳定性。
此外，为了验证改进后的悬挂件的性能，进行了实际测试和使用验证。
测试结果表明，在相同的工况下，改进后的悬挂件相比原悬挂件具有更好的抗疲劳和抗震性能，而易损零部件的使用也得到了有效的控制。
在商用车长期使用中，改进后的悬挂件稳定可靠，有效延长了商用车的使用寿命。
4.总结通过对某商用车悬挂件的随机振动疲劳分析，本文得出了改进设计的方案，并通过实施验证证明了改进后的悬挂件性能得到了明显提升。
改进后的悬挂件可在商用车使用中具有更好的可靠性和安全性，有利于商用车的长期稳定运行。
5.改进设计的意义针对商用车悬挂件易损零部件的问题，本文设计了一种新型悬挂件。
通过采用新材料和复合结构的方式，大大提高了悬挂件整体的稳定性和耐久性。
基于威布尔分布对某重卡前轴台架疲劳试验数据分析
第一作者：周福庚，男，1964年
中间“⼯”字A -A 截⾯ （ b ）板簧座B -B 截⾯ （c ）颈部C -C 截⾯
图1 前轴结构分析位置
对上述三个截⾯处进⾏优化后，其垂直抗弯截⾯系数及⽔平抗弯截⾯系数⻅表1。
1 前轴各部位的抗弯截⾯系数
前轴部位
垂直抗弯截⾯
3
系数/mm ⽔平抗弯截⾯3
系数/mm A -A 51.81×1050.65×10B -B 51.81×10C -C
5
1.09×10建⽴前轴有限元分析模型，对前轴进⾏有限元静强度
在不同的⼯况下，前轴的受⼒情况及安全系数⻅表（请从上表中截取，谢谢！）
（请从上表中截取，谢谢！）（请从上表中截取，谢谢！）通过有限元理论分析，前轴的安全系数均⼤于图2 前轴试验样件
图3 前轴的台架疲劳试验
图4 台架疲劳试验后断裂的前轴
A
B C
C
B
A
. All Rights Reserved.
图5 前轴试验数据拟合直线⽅程
将求得的β、η相关数值代⼊(15)式得前轴的B5、B50。
轮心六分力作用下车身疲劳寿命分析与改进
研发过程 中测取的道路试验轮心六分力数据 ，研究单独采用悬架模型进行车身连接点疲
劳载荷提取 的 准确 性 ，为低 成本 准确 获取 车身疲 劳耐 久分析 输入 载荷提供 了一 种 可行 方
法。在某国产轻型客车研发过程 中， 用该方法对车身优化前后进行疲劳寿命分析 ， 利 取得
良好 效果。
关键词 ： 六分力
町 １ ｓ） ｌ
型 的分析结 果 ４６ ３ｍ ｓ大 ３ ． ％。在相 同输 人条 ．０ ／ ３２ ４
分 别对 添加轮胎 ，车身连 接点 固定前 悬架模 型
和添 加轮胎 ，车 身连接 接点施 加簧 载质量 前悬 架模 型进 行分析 ， 向节 顶部垂 直 Ｚ向加速度 １ 秒 仿真 转 ０ 结果 如 图 ７ 可 以看 出 ， ， 两者 结 果 基 本 一致 ， 接 点 连
和加速度传感器 ，测量车辆在各种路面行驶时轮心 三个方 向承 受 的力 （ｘＦ／ｚ、 （ ／ ／ ） 转 向 Ｆ ／ｙＦ）力矩 Ｍｘ Ｍｚ Ｍｙ 和 节顶部加速度（ｘ ｙ ｚ Ａ／ ／ ） Ａ Ａ 数据 ， 其中左前轮六分力传
感 器 如 图 １ 。
主要承载部件 ， 尤其轿车 、 客车等承载式车身 ， 是悬 架 、 动 机 和车 身 附件 的 安装 基 础 ， 发 承受 来 自路 面 、 发 动机 等各 种交 变载 荷 ，其疲 劳强 度性 能对 保证 汽 车产品安全和可靠性至关重要 。现代汽车工业竞争 日益 白热 化 ， 缩短 研 发 周期 ， 约 成本 ， 劳耐 久 为 节 疲
悬架
疲劳载荷谱 疲劳寿命分析
１ 前 言
现代 机械 工业 中 ，有 ８％以上的结 构强 度破 坏 ０ 是 由疲 劳破 坏造 成Ｉ 随着机 械产 品运 转 速度 提 高 和 １ ］ ， 高 强度钢 的使 用 ， 劳破坏 更加普 遍 。 身是汽 车 的 疲 车
车辆结构有限元疲劳分析
Mean Stress
Curves
定义有限寿命数值 疲劳强度系数 载荷缩放系数
恒幅，比例载荷 恒幅，非比例载荷 非恒幅，比例载荷 非恒幅，非比例载荷
X方向应力/Y/Z XY平面应力 YZ平面应力 XZ平面应力
Von Mises应力 带符号的Von Mises应力
最大剪应力 最大主应力 最大主应力最大值
Fully Reversed
Ratio
History
非恒定幅值比例 载荷
R=-1
指定应力比 R=X
指定载荷时 间历程
二、应力疲劳分析
6.平均应力对疲劳寿命的影响
平均应力对疲劳寿命的影响就是考虑应力 比R的变化对疲劳寿命会产生影响，从而需要 对S-N曲线进行修正。ANSYS WB提供了平均应 力修正的五个选项：
第九章 车辆结构有限元疲劳分析
结构疲劳分析基础 应力疲劳分析 典型材料试件应力疲劳分析 发动机连杆的应力疲劳分析
一、结构疲劳分析基础
车辆是运动并承载的机械，其结构承受 的载荷大部分都是交变载荷。零部件失效中， 由疲劳裂纹引起的结构失效断裂事故占总断 裂事故的70％--80％以上，约有50％--90％的 机械结构的破坏属于疲劳破坏。
实例2：连杆受载荷幅值为4500N，为恒幅载 荷，平均载荷为0（R=-1）。材料默认为 Structure Steel。求发动机连杆的安全系数。
四、发动机连杆的应力疲劳分析
直接打开Conrod-fatigue.wbpj文件，导 入ConRod.x_t，并对Geometry进行编辑。
四、发动机连杆的应力疲劳分析
得到的是多轴应力。但在试验过程中得到的 一般是单轴应力。在ANSYS WB应力疲劳分析 中可以选择X、Y、Z三个方向的应力分量， Von Mises应力，带符号Von Mises应力等。 在考虑压缩平均应力对疲劳寿命的影响中， 带符号Von Mises应力是非常有用的，
基于轮心六分力的载荷分解方法
Ｌｏ ａ ｄ ｄｅ ｏｅ ｃ ｏ ｍ ｏＯ ｐｏ ｓ Ｓ ｉ ｔ Ｕｏ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｌ ｌ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ０ ｌ ｎ
ｗｈｅ ｅ ｌ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｓ ｉ ｘ・ ｃ ｏ ｍ ｐｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ
Ｌ Ｉ Ｍｉ ｎ ｇ ｙ ｕ ｅ ， Ｌ Ｉ Ｍｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ， Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｉ ｎ ｑ ｉ ， Ｚ ＨＡＯ Ｔ ａ ｏ
整 车虚拟 样机 的质量 直接 影 响到能 否获 取可 信 的车身 和底盘 零部 件 的疲 劳 载荷 ．指 标 为 基 础 ， 通 过 充 分 考 虑 典 型载荷 工况 、 实 际客 户使 用 工 况 和 试 验场 道 路 谱 载
荷等 ， 进行 Ｃ Ａ Ｅ虚 拟静 强 度 和疲 劳 强 度 分 析 工 作．
况下 的静 载荷 和动 载 荷 分 析 ． 但 汽 车 的 整 车仿 真 模 拟 精度 还受制 于 轮胎模 型 ， 因此 ， 本文 分析 使用 耐久 性 试验 采集 的轮 心 处六 分 力 作 为 多体 模 型 的输 入 ，
进 行 虚拟仿 真分 析 ， 进 而 开展 虚 拟 仿 真 模 型 的验 证
对 于结 构存 在薄 弱 的环节 ， 进 行 结 构 改 进 和重 复 验
基于FEMFAT的某牵引车车架台架疲劳分析
基于FEMFAT的某牵引车车架台架疲劳分析作者：刘尧梁海波刘成虎张善玉叶吉丽来源：《时代汽车》2021年第03期摘要：本文针对某牵引车车架在台架试验中出现的纵梁局部孔位处开裂的问题进行分析，结合台架试验以及仿真分析结果，提出优化方案。
首先根据有限元理论以及台架试验的边界条件建立了车架台架的有限元模型，并且对台架试验运行过程进行静强度分析，经过电测对标确认了模型的精度。
然后根据疲劳分析理论、材料的疲劳试验结果，在FEMFAT软件中建立相应的材料参数以及载荷谱，进行疲劳仿真分析，对台架试验出现的开裂情况进行了复现。
针对开裂故障提出工艺优化办法，在后续台架试验中进行验证。
关键词：牵引车车架台架试验疲劳分析Fatigue Analysis of a Tractor Frame Based on FEMFATLiu Yao，Liang Haibo，Liu Chenghu，Zhang Shanyu，Ye JiliAbstract：This paper analyzes the cracking of the longitudinal beam at the local hole position of a certain tractor frame in the bench test， and proposes an optimization plan based on the results of the bench test and the simulation analysis. Firstly， the finite element model of the frame was established according to the finite element theory and the boundary conditions of the bench test， and the static strength analysis of the bench test operation process was carried out， and the accuracy of the model was confirmed by electrical measurement and benchmarking. Then， according to the fatigue analysis theory and the results of the material fatigue test， the corresponding material parameters and load spectrum are established in the FEMFAT software， and the fatigue simulation analysis is carried out to reproduce the cracking situation in the bench test. The process optimization method is proposed for the cracking failure and is verified in the subsequent bench test.Key words：tractor， frame， bench test， fatigue analysis1 引言車架作为牵引车的重要承载总成，其可靠性成为体现整车质量的重要方面。
基于六分力载荷谱的汽车车身及焊点疲劳分析
! 理论方法
!"! #$%&' 法则 疲劳累积损伤理论是疲劳分析的关键理论。目前
名义应力法主要应用于应力水平较低而破坏循环
4
次数较高（一般高于 10次）的高周疲劳破坏。名义应力
[6]
法的工具是 S-N曲线 ，该曲线纵坐标为加载于试件上
的恒定应力幅值（max），横坐标为试件材料在该恒定应 力作用下的疲劳循环次数的对数值（），如图 1所示。
在工程中广泛使用的是线性疲劳累积损伤理论中具有 由图 1可以看出，当所加交变应力小于疲劳极限值
[4]
代表性的 Miner法则 ，该法则假设：当结构所吸收的
（R）时，该试件可承受无限次循环而不断裂。
- -
应力幅值 max/MPa
2第0260（期6）
Design-Innovation
疲劳极限值 R/MPa
a 扭转
b 弯曲
图 白车身有限元模型 阶模态结果云图
表 1示出 1阶扭转模态与弯曲模态的分析结果与
循环次数依次为 1，2，3…，则疲劳损伤值 为：
=1 1
2
2
…
!
"
（1）
当 =1时，表明结构所吸收的总能量达到结构破
坏时的极限能量，此时结构发生疲劳破坏。式（1）即为
[5]
Miner法则的疲劳累积损伤理论方程 。
!"( 名义应力法
值，为设计者在项目开发初期的车身及焊点疲劳寿命
随着汽车工业的发展，车身及焊点的疲劳耐久性
[1]
能逐渐成为衡量汽车性能的重要指标 。传统的汽车疲
劳耐久性主要通过试车场试验、道路试验以及台架试
基于比利时路的某牵引车车架疲劳分析
基于比利时路的某牵引车车架疲劳分析作者：白素强聂成刚赵莉来源：《计算机辅助工程》2018年第04期摘要：为分析某牵引车在比利时路上的车架疲劳，建立该牵引车整车多体动力学模型。
将试验测得的车轮六分力加载到模型中进行仿真分析，并与试验结果对比，验证模型的可信性。
提取多体动力学仿真结果中的车架载荷历程，基于模态应力恢复理论对车架进行疲劳分析，预测车架疲劳寿命。
仿真结果表明该分析方法可作为车架疲劳分析的有效手段。
关键词：车架；疲劳；比利时路；模态应力恢复；车轮六分力；整车试验；有限元中图分类号： U463.321；TB115.1文献标志码： BAbstract：To analyze the fatigue of a tractor frame on Belgian road， the multi-body dynamics model of the tractor is built. The six component force of wheel measured by experiment is loaded into the model for simulation analysis， and the credibility of the model is verified by comparing with the test results. The frame load history in multi-body dynamic simulation results is extracted. The frame fatigue analysis is performed based on modal stress recovery theory and the frame fatigue life is predicted. The simulation results show that the analysis method can be used as an effective method for frame fatigue analysis.Key words：frame； fatigue； Belgian road； modal stress recovery； six component force of wheel； automobile test； finite element0 引言车架是车辆的主要承载结构，支撑着驾驶室、发动机、油箱和蓄电池等部件，车架的疲劳特性直接影响整车的行驶安全性和使用耐久性[1]，因此及时预测车架疲劳寿命，防止车架疲劳破坏十分重要。
越野轮胎起重机车架的疲劳计算
越野轮胎起重机车架的疲劳计算
谢先富;周建超
【期刊名称】《建设机械技术与管理》
【年(卷),期】2010(023)005
【摘要】本文采用I-DEAS软件对某越野轮胎起重机车架进行三维建模,把三维模型导入HyperWorks软件进行有限元模型的建立,然后用Ansys软件对车架进行静强度分析,最后进行疲劳计算.
【总页数】3页(P88-90)
【作者】谢先富;周建超
【作者单位】湘潭大学机械工程学院;湘潭大学机械工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.越野轮胎起重机车架有限元分析 [J], 周建超;谢先富
2.55t越野轮胎起重机转台有限元计算与分析 [J], 郭永红;许天翔;刘煌;任利有
3.轮胎起重机嵌入式车架典型工况计算分析 [J], 马善华;段月磊;张艳磊;龚彭
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5.徐工RT系列大型越野轮胎起重机通过鉴定标志着我国成为日本、美国之后第三个能够研发大型系列越野轮胎起重机的国家 [J], 叶海翔
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某商用车白车身结构疲劳寿命分析与优化设计
某商用车白车身结构疲劳寿命分析与优化设计作者：湖南工业李明李源陈斌摘要：本文基于应力分析结果，采用有效的疲劳寿命预估方法，利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC．Fatigue 对该型商用车白车身进行S-N 全寿命分析，得其疲劳寿命分布与危险点的寿命值。
采用结构优化、合理选材等方法，提高白车身结构的疲劳寿命。
关键词：白车身；有限元；静态分析；疲劳寿命分析；优化前言在车身结构疲劳领域的国内研究中，1994 年，江苏理工大学陈龙在建立了车辆驾驶室疲劳强度计算的力学和数学模型基础上，提出了车辆驾驶室疲劳强度研究方法[1]。
2001 年，清华大学孙凌玉[2]等首次计算机模拟了汽车随机振动过程。
2002 年，上海汇众汽车制造有限公司王成龙[3]等应用FATIGUE 软件的分析，结合疲劳台架试验，探讨了疲劳强度理论在汽车产品零部件疲劳寿命计算中的应用，提出了提高零部件疲劳强度的方法。
2004 年，同济大学汽车学院靳晓雄[4]等人提到进行零部件疲劳寿命预估，精确的有限元模型和可靠的材料疲劳数据是必需的，另外获得准确的实际运行工况下的道路输入载荷也非常关键。
但由于客观条件的限制，国内这方面的研究非常有限，理论分析的多，对局部零部件研究的多，把车身整体作为研究对象的很少。
本文以某型商用车疲劳寿命仿真分析及优化提高为内容，研究中，首先对白车身结构几何进行网格划分；之后使用MSC.Patran/Nastran 对白车身结构进行静态仿真；然后导入MSC.Fatigue 对白车身结构进行疲劳寿命仿真。
在分析的基础上采用结构优化设计的方法优化结构、合理选择材料等，提高白车身结构的静态力学性能与动态疲劳寿命。
1 疲劳寿命计算方法疲劳寿命计算需要载荷的变化历程、结构的几何参数,以及有关的材料性能参数或曲线[4]。
图1为基于有限元分析结果的疲劳寿命分析流程。
图1 基于有限元分析结果的疲劳寿命分析用有限元方法计算疲劳寿命通常分为两步：第一步是计算应力应变响应。
某特种车辆车架疲劳可靠性分析研究的开题报告
某特种车辆车架疲劳可靠性分析研究的开题报告一、背景介绍随着工业化、城市化进程的不断加速以及人民生活水平的不断提高，各类特种车辆在交通、运输、消防等领域的应用越来越广泛。
但是，在实际使用过程中，特种车辆车架的疲劳问题时常发生，严重影响车辆的安全性和使用寿命。
因此，对特种车辆车架的疲劳可靠性进行分析研究，具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本研究的目的是通过对某特种车辆车架疲劳可靠性进行分析，找出车架疲劳失效的主要原因，为车架设计和质量控制提供参考依据，提高车架的可靠性。
三、研究内容1. 特种车辆车架结构和应力分析通过分析特种车辆车架结构特点，建立有限元模型，计算车架在运行过程中的应力分布情况，为后续疲劳分析提供数据支持。
2. 车架疲劳寿命估算通过模拟车架在实际使用情况下的疲劳加载，评估车架的疲劳寿命，找出最可能失效的部位。
3. 车架疲劳失效原因分析通过对车架寿命测试结果的统计和分析，找出车架失效的主要原因，研究车架疲劳失效机理，为车架的设计和制造提供参考。
四、研究方法本研究采用数值模拟方法和试验验证相结合的方式进行。
首先，通过数值模拟分析车架的应力分布情况，预测其疲劳寿命；接着，进行车架的疲劳试验，验证模拟结果，并对失效部位进行分析。
五、论文组成本论文由以下部分组成：1.绪论介绍研究背景、目的和意义，阐明研究思路和方法。
2.特种车辆车架结构和应力分析对特种车辆车架的结构特点进行分析，建立车架的有限元模型，计算车架在运行过程中的应力分布情况。
3.车架疲劳寿命估算通过模拟车架在实际使用情况下的疲劳加载，评估车架的疲劳寿命。
4.车架疲劳失效原因分析通过对车架寿命测试结果的统计和分析，找出车架失效的主要原因，研究车架疲劳失效机理。
5.结论总结研究成果，归纳研究结论，指出研究的不足和未来的研究方向。
六、论文意义本研究的意义在于深入分析特种车辆车架的疲劳失效原因和机理，为车架的设计、制造和使用提供科学依据，提高车架的可靠性和安全性。
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基于轮胎六分力的某商用车车架疲劳分析刘俊; 张海剑; 王威; 刘亚军; 周福庚【期刊名称】《《中国机械工程》》【年(卷),期】2019(030)021【总页数】7页(P2583-2589)【关键词】车架; 刚柔耦合多体模型; 六分力; 载荷谱; 疲劳分析【作者】刘俊; 张海剑; 王威; 刘亚军; 周福庚【作者单位】合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥 230009; 安徽江淮汽车股份有限公司合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U461.71; U467.110 引言随着使用时间的延长，汽车的疲劳断裂问题也越来越容易发生，疲劳可靠性成为了评价汽车重要的指标。
传统的疲劳分析[1-3]基本上是通过台架疲劳试验或者道路测试的方法来完成的，然而这些方法不仅费时费力，而且不能及时得到疲劳分析结果。
随着CAE技术的发展，通过CAE软件进行疲劳仿真分析，能够实现短时间、少投入即可完成疲劳分析的目的，CAE方法也逐渐成为目前进行疲劳分析的主流方法。
陈书聪[4]利用虚拟道路谱对汽车转向节进行疲劳分析，得到了转向节的疲劳寿命。
张少辉[5]运用虚拟迭代的方法对某商用车驾驶室进行疲劳分析，预测结果准确。
黄元毅等[6]通过在某MPV车型上安装轮心六分力仪[7-8]得到实测载荷谱[9]，对前副车架进行疲劳分析，预测结果精准。
周炜等[10]对局部应力应变法进行了详细的探索，并在实验中验证了该方法在应力应变疲劳分析中的优势。
本文以某重型商用车车架为研究对象，在车辆的3个轴，即6个车轮上安装共6个六分力仪，在定远试验场进行多种路况的试验，获得六分力信号。
在ADAMS中建立刚柔耦合[11-12]多体动力学模型，将六分力导入模型中，通过仿真获得车架与钢板弹簧、减振器接附处的载荷谱。
在HyperMesh中进行车架的有限元建模，并通过惯性释放方法进行单位力作用下的静力分析。
最后，在nCode中运用线性疲劳累计损伤理论和雨流计数法，并结合材料的应变(ε)-疲劳寿命(N)曲线进行车架的应变疲劳寿命分析。
1 轮心六分力采集试验由于车架与悬架接附处的载荷无法直接测得，故采用在定远试验场试验采集的轮心六分力与ADAMS刚柔耦合多体动力学模型相结合的方式，以轮心六分力作为输入激励，通过多体动力学仿真获取车架接附处的载荷谱，并用获取的接附处载荷谱，进行应力应变疲劳分析。
六分力仪安装位置如图1所示。
图1 六分力仪安装位置Fig.1 Six-dimensional force transducer installation location为验证刚柔耦合多体动力学模型的准确性，在车架上共安装6处加速度传感器，将试验中加速度传感器测得的加速度信号与仿真得到的该处加速度进行对比。
加速度传感器分别安装在一轴后部、二轴前部、三轴后部，车架左右两侧均安装。
加速度传感器安装如图2所示。
数据采集系统选取HBM SoMat数据采集系统，如图3所示。
按照相关测试要求，此次试验采用全挂式挂车，满载40 t情况下进行测试，共在9种测试路面上进行测试，每种路面测试3次，全部路面长度之和为7 363 m，如表1所示。
六分力测试系统具有精度高、采集速度快的优点，能够采集轮心处沿X、Y、Z轴三个方向的力和绕X、Y、Z轴的力矩。
然后将6个信号通过6个通道传送至数据采集系统。
由于受各种外界因素影响，六分力仪采集到的信号不能直接使用，需要进行重采样、去零漂、去毛刺、去噪声、去尖峰值等处理。
图2 加速度传感器安装Fig.2 Acceleration sensor installtion location图3 数据采集系统Fig.3 Data acquisition system表1 试验场测试路况Tab.1 Test road conditions in test field序号路面操作说明长度(m)车速(km/h)1高速环路维持油门3 986952石块路维持油门1 789403砂石路维持油门594204长波路维持油门114405短波路维持油门72406卵石路(小)到达前升挡279407比利时路(甲)到达前制动260158搓板路加速,挡位维持最高挡174609鱼鳞坑到达前制动9540某典型路况六分力系统采集的左前车轮六分力信号如图4所示。
2 建模及仿真2.1 建立车架有限元模型车架部分主要包括横梁、纵梁、前后悬架支座。
横梁、纵梁等薄壁板件采用2D单元建模，单元属性为PSHELL。
前后悬架支座等铸件采用四点四面体建模，单元属性为PSOLID。
划分完成的车架有限元模型进行雅可比系数、翘曲角、最小尺寸、纵横比等网格质量检查，车架有限元模型如图5所示。
将材料属性添加到有限元模型中，有限元模型与实际车架参数对比如表2所示。
车架质量方面，有限元模型与实际质量相差38.257 kg,即3.87%，主要是由于有限元模型中没有螺栓、铆钉、控制线路和各种液压管道等部件。
车架质心坐标方面，X、Y、Z三个方向的误差均不超过25 mm，误差较小。
对比可知有限元建模精度较高。
图4 某典型路况六分力系统采集的载荷谱图Fig.4 Load spectrums of a typical road condition collected by six force system图5 车架有限元模型Fig.5 Finite element model of frame表2 有限元模型与实际车架参数对比表Tab.2 Contrast of FEM parameter and rea l frame parameter质量(kg)质心X坐标(mm)质心Y坐标(mm)质心Z坐标(mm)FEM模型数据f1949.4542 104.8160.099-204.450企业实测数据f2987.7112 127.935-8.037-224.337|f2-f1|38.25723.1198.13619.8872.2 应力分析进行车架疲劳分析时，需要单位载荷下的应力分析结果，但由于车架没有固定的约束处，为了能得到与实际情况相符的分析结果，车架单位载荷下的应力分析使用惯性释放的方法。
惯性释放是指在对结构体进行静力分析时，为了求解器能够顺利计算和提高解算的准确度，对无固定点的研究构件进行约束的一种理论。
惯性释放方法先计算运动构件在外力作用下的加速度，然后通过构件本身的一系列转动惯性力和平动惯性力来平衡构件所受的外部载荷，并构建一个自平衡力系，因此，惯性释放即是达朗贝尔原理在实际中的应用。
惯性释放的数学表达式为(1)式中,F为节点外载荷矩阵；m为质量矩阵；为节点加速度矩阵。
悬架系统中钢板弹簧与车架的连接点、减振器与车架连接点受力较大，连接处作用力是汽车行驶过程中经悬架传递至车架的作用力，由于车架与悬架系统共存在8处连接，分别为：左侧减振器安装位置、右侧减振器安装位置、前钢板弹簧左侧前部位置、前钢板弹簧左侧后部位置、前钢板弹簧右侧前部位置、前钢板弹簧右侧后部位置、后钢板弹簧左侧安装位置、后钢板弹簧右侧安装位置，因此上述8个连接位置即作为单位载荷下的应力分析中单位力的加载点，所以分析结果中共有8种工况。
以前钢板弹簧左侧前部位置惯性释放结果为例，结果如图6所示。
图6 前钢板弹簧左侧前部位置惯性释放结果Fig.6 Inertial release results offront leaf spring lef t front position2.3 建立整车多体动力学模型在HyperMesh中建立车架有限元模型并提交到Optistruct中求解，得到MNF格式文件。
将MNF文件导入至ADAMS中，得到车架的柔性体模型。
在车架柔性体模型上，添加前后悬架模型、驾驶室及动力总成集中质量块等得到整车的刚柔耦合多体动力学模型。
图7 前钢板弹簧刚度曲线Fig.7 Stiffness curve of front leaf spring图8 后钢板弹簧刚度曲线Fig.8 Stiffness curve of rear leaf spring多体动力学模型中，驾驶室及动力总成以质点代替，赋予质点与驾驶室及动力总成相同的质量和相同的绕X、Y、Z三轴的转动惯量，质点的坐标与驾驶室及动力总成的质心位置相同。
驾驶室及动力总成的质量、转动惯量和质心位置通过试验测得。
前后悬架建模的关键是钢板弹簧和减振器的建模。
在ADAMS/Car的Leaf_Spring中建立钢板弹簧模型，设置钢板弹簧的摩擦因数、片数和弧高曲线。
建模完成后，对钢板弹簧进行刚度分析以校核钢板弹簧建模精度。
钢板弹簧刚度曲线如图7、图8所示。
图中，实线为作用力F与其作用点(钢板弹簧中间位置)Z向坐标关系曲线，虚线为钢板弹簧刚度。
从图7、图8可以看出，前钢板弹簧刚度kf =275 N/mm，后钢板弹簧刚度kr=3 000 N/mm，与车企提供的270 N/mm、3 050±300 N/mm相差较小，模型精度满足要求。
图9为前悬架中减振器参数曲线，该曲线通过试验测得，试验条件为：温度20±2 ℃，行程100 mm，速度0.52 m/s。
根据测得参数进行减振器的建模，并与钢板弹簧、横向稳定杆、V字推等进行连接，组成悬架系统。
最后建成整车刚柔耦合多体动力学模型，如图10所示。
图9 减振器阻尼曲线Fig.9 Damping curve of damper图10 整车刚柔耦合多体动力学模型Fig.10 Rigid-flexible coupled multi-body model o f the commercial vehicle为验证模型仿真的准确性，将六分力信号导入ADAMS中建立的整车刚柔耦合多体动力学模型中进行仿真，提取出仿真过程中与加速度传感器实际安装位置对应处的加速度谱，将仿真提取的加速度谱与在定远试验场实测加速度信号进行对比，以驾驶室后第3轴左侧轮附近车架上加速度测量点A5点为例，测得石块路工况下加速度对比如图11所示。
两条加速度谱参数对比如表3所示。
根据图11、表3得出，仿真得到的加速度谱和实测加速度谱吻合度高，仿真效果良好，说明ADAMS 整车刚柔耦合多体动力学模型建模准确。
图11 A5点处加速度对比Fig.11 Acceleration contrast of point A5表3 实测和仿真加速度信号对比Tab.3 Contrast of test acceleration an d simulation acceleration参数实测加速度信号(mm/s2)仿真加速度信号(mm/s2)误差(%)标准差887.9822.97.3均方根值895.7850.95.0均值117.7126.57.5最大值7 6398 1176.3最小值-7 208-7 4413.22.4 接附处载荷谱求取车架与悬架接附处无法安装传感器，所以该处的载荷谱通过试验方法无法测得。