汽车零部件的载荷及其强度计算方法
独立悬架系统零部件动态载荷计算方法
摘要在车辆行驶过程中，悬架系统各零部件承受并传递来自轮胎及车身的多种动态载荷，这些载荷是进行悬架系统的结构强度、疲劳分析必不可少的边界条件，也是指导悬架以及车身结构优化的重要参数。
本文结合多体动力学相关理论和Udwadia-Kalaba方程的约束处理方法，以轮心六分力为输入，对独立悬架系统各零部件的动态载荷计算方法及其应用展开了研究。
具体研究内容如下：首先以不含衬套连接的前双横臂、后五连杆悬架系统作为研究对象，基于Udwadia-Kalaba方程的基本思想，分别建立了无约束系统动力学模型、系统约束方程以及完整的前后悬架动力学模型；推导了系统总约束力的分解过程从而得到各零部件硬点载荷的解析表达式；在MATLAB中分别建立上述模型进行仿真计算，与ADAMS/Car的仿真结果进行对比，验证了方法的正确性。
②然后考虑含橡胶衬套的连接方式，建立了表征衬套动态特性的数学模型；针对前后悬架在衬套分布位置上的差异，以及与无衬套模型在建模方法上的区别与联系，分别推导了前后悬架动力学建模以及各硬点载荷的计算过程；在MATLAB及ADAMS/Car中进行仿真计算，验证了上述方法的正确性。
③其次以某SUV为对象开展了六分力测试试验，测量了实车在两种路面工况中的轮心六分力，结合前文建立的悬架动力学模型，预测得到了前悬架控制臂各硬点处的动态载荷；以预测载荷及六分力作为边界条件，对控制臂在两种工况下的疲劳寿命进行了分析。
④最后为便于方法的使用，分别完善了麦弗逊、四连杆等其余独立悬架的建模计算过程，在MATLAB/GUI中设计了一种独立悬架系统建模及动态载荷计算的仿真平台，实现了多种悬架的参数化建模。
本文将Udwadia-Kalaba方程应用到汽车独立悬架研究领域，结合多体动力学相关理论，详细地推导了独立悬架动力学建模及零部件动态载荷的计算过程。
研究过程中将理论与实践相结合，可为这一类含约束复杂机械系统的建模计算提供一种新思路。
车辆结构强度设计与分析
2、弹簧刚度误差引起的垂向斜对称载荷
3、垂向斜对称载荷的实际算法
七、制动时的载荷
第四节 车辆强度分析
一、车辆按有限元法计算时应考虑的主要问题 （一）合理的确定计算模型 （二）正确选用或编制合适的结构分析软件 （三）计算结果的处理
二、计算实例
三、车辆上常用材料及许用应力
轨道车辆零部件强度设计
UIC 510—5/2003《整体车轮技术条件》 EN 13979—l/2003《铁路应用轮对和转向架车轮技术验收 程序》第一部分：锻制和轧制车轮
2、车轮强度分析载荷 工况
根据UIC 510-5：2003（整体车轮技 术）标准进行车轮设计，对于安装到动 轴上的车轮，考虑车轮通过直线、曲线 和道岔时的载荷。
横向力 Fy1=0 Fy2=0.7Q Fy3=0.42Q
除了上述UIC 510-5规定的垂向和横向载荷外，还应 考虑下表所示的载荷条件。
切向载荷(粘着系数＝0.33)
27.5 kN
最大速度情况下(200公里/小时)转速 车轴与车轮压装的最大过盈量 踏面上热处理偏差而产生的应力
1310 rpm 0.30 mm
（2）在正常维修和保养条件下，具有足够的 运用耐久性。
（3）在偶然事件（如脱轨、撞击等）发生时， 能保持必需的整体结构稳定性。
工作适用性、使用耐久性、事故安全性。
轨道车辆结构强度问题反映在以下 几个方面：
（1）结构静力破坏。如零部件破坏，碰撞破 坏。
（2）疲劳失效。耐久性差造成的。 （3）结构动态特性设计不良引起的共振。轻
则导致动力性能恶化，重则引起结构因剧烈振 动而遭损伤甚至毁坏。 （4）难以预测的意外事故引起的结构失效。
四种分析类型：静强度（刚度）分析；疲劳强度 分析；模态分析；耐撞击安全防护设计与分析。
基于有限元分析的车辆结构强度优化设计
基于有限元分析的车辆结构强度优化设计在汽车工程中，车辆结构的强度优化设计是一项十分重要的任务。
传统的设计方法通常依赖经验和试错，而现代化的工程设计则借助于计算机分析与模拟技术，其中有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）成为一种重要的工具。
本文将探讨基于有限元分析的车辆结构强度优化设计方法，并说明其优势和应用。
一、有限元分析在车辆结构设计中的应用有限元分析是一种将复杂结构离散成有限数量的小元素，然后使用数学方法对这些小元素进行求解的数值计算方法。
在车辆结构设计中，利用有限元分析可以将车辆零部件（如车架、车身等）划分成多个小单元，然后通过对这些小单元进行载荷、边界条件和材料特性等的建模，进行强度分析和优化设计。
其优势在于可以快速准确地得到结构的应力、变形和疲劳寿命等参数，为工程师提供了有效的设计依据。
二、有限元分析在车辆结构强度优化设计中的优势1.准确性：有限元分析可以较好地预测复杂结构在不同载荷情况下的应力和变形分布，对于车辆结构的强度评估和优化设计提供了重要的数据支撑。
2.灵活性：有限元分析可以根据不同的设计需求和约束条件，灵活地对车辆结构进行优化。
例如，可以通过调整材料厚度、减少孔洞、增加加强筋等方式，优化结构的强度和刚度，同时满足其他设计指标和要求。
3.节约时间和成本：通过有限元分析，在产品设计和开发的初期阶段就可以进行大量的虚拟试验和仿真。
这种设计方案的评估方法可以减少实际试验的数量和成本，帮助工程师更快地找到更优化的设计方案。
三、有限元分析在车辆结构强度优化设计中的具体应用1.车身结构优化：有限元分析可以用来分析车身单元及其连接接头的强度，找到大量应力集中的部位，并通过增加加强筋、调整壳体的厚度等方式来减少或消除这些应力集中。
2.车架设计优化：车架是车辆的支撑骨架，其结构的强度和刚度直接影响着车辆的性能和驾驶稳定性。
通过有限元分析可以对车架的各个节点和梁件进行应力分析，并对部分结构进行优化以提高车辆整体的刚度、强度和振动特性。
汽车荷载计算公式
汽车荷载计算公式
在计算汽车荷载时，可以使用以下基本公式：
汽车荷载 = 车辆自重 + 载货重量
1.车辆自重：指空车时整车的重量，包括车身、底盘、发动机、传动系统、底盘部件等。
车辆自重可以在车辆的技术规格表或制造商提供的文档中找到。
2.载货重量：指车辆实际所携带货物、乘客及其他负荷的重量。
载货重量可以根据实际情况进行估计或测量。
例如，如果你知道所装载货物的重量，可以直接使用该值；如果是乘客，可以根据每个乘客的平均体重来计算，然后加总。
需要注意的是，车辆的最大允许荷载重量应该根据车辆制造商提供的规格和法规进行确认。
每个车辆的最大荷载限制是根据车辆结构、悬挂系统、制动系统等因素确定的，超过最大荷载限制可能会对车辆的安全性和性能产生负面影响。
因此，在计算汽车荷载时，务必确保不超过车辆的最大荷载限制，并参考车辆制造商提供的具体规格和指导。
基于CAE技术的汽车零部件强度分析研究
基于CAE技术的汽车零部件强度分析研究随着汽车工业的发展，越来越多的关注点被放在汽车的安全和性能上。
在汽车的设计过程中，一个零部件的强度和可靠性是设计师最为关注的问题之一。
传统的汽车零部件强度分析方法依赖于经验和试验，需要耗费大量的时间和资金。
而基于计算机辅助工程（CAE）技术的汽车零部件强度分析则能够更快、更准确地得出各种零部件的强度和可靠性。
本文将探讨基于CAE技术的汽车零部件强度分析研究的意义、方法和应用。
一、CAE技术在汽车零部件强度分析中的意义基于CAE技术的汽车零部件强度分析，相对于传统方法，具有以下几个优点：1. 可以更加准确地预测零部件的强度和可靠性传统的汽车零部件强度分析方法，需要依赖于经验和试验，可能会忽略一些因素，影响分析结果的准确性。
而基于CAE技术的强度分析，可以对不同的工况进行模拟，并考虑不同的材料、结构、约束条件等因素，使得结论更加准确可靠。
2. 可以缩短产品开发周期传统的汽车零部件强度分析方法需要依赖于大量的试验和检验，需要耗费大量的时间和资金，而基于CAE技术的强度分析可以模拟各种工况和性能，加速了产品开发的速度。
3. 可以大幅度降低产品研发成本传统的强度分析方法需要大量的试验和检验，需要耗费大量的时间和资金，而基于CAE技术的强度分析，虽然需要购买专业的软件和硬件设备，但整个研发流程成本可以大幅降低。
4. 可以提高产品的竞争力基于CAE技术的强度分析可以更快速、更准确地得出各种零部件的强度和可靠性结果，使得产品可以更快地投入市场，提升了产品的竞争力。
二、基于CAE技术的汽车零部件强度分析方法基于CAE技术的汽车零部件强度分析方法主要包括以下几个步骤：1. 零部件建模：将零部件的三维模型导入CAE软件中，对零部件进行几何建模和网格划分，以便后续的计算。
2. 负载和边界条件的定义：定义零部件受到的力、热和其他物理因素的作用，以及零部件的约束条件，如固定点和支撑点。
汽车零件的标准道路载荷谱及其应用
汽车零件的标准道路载荷谱及其应用
汽车零件的标准道路载荷谱及其应用：
1. 什么是标准道路载荷谱
标准道路载荷谱是一份有效的规范，将汽车零件的振动，噪声，物理力学性能以及其他结构的参数进行了评估，记录在文件中，作为技术约定，为质量控制提供了基础。
2. 标准道路载荷谱详细内容
标准道路载荷谱包括支撑点、边界条件、作用力及振动等参数，在不同的模型，比如简支梁、带负荷的荷载、梁模型等不同的道路模型下应用。
3. 标准道路载荷谱的应用
（1）确定车辆的特性，包括振动、噪声特性，以及汽车结构的耐久性等；
（2）基于标准道路载荷谱的有效性，用于对车辆进行改进设计验证；
（3）标准道路载荷谱可以帮助优化车辆结构，并起到统一衡量不同车型汽车零件的重要作用；
（4）标准道路载荷谱可用于确定汽车零件的安装要求，以保证汽车结
构性能的稳定性；
（5）可以有效测试汽车零件的性能及抗疲劳性能，达到全方位的汽车
零件质量管理的目的；
4. 总结
标准道路载荷谱作为一种有效的技术约定，详细记录了汽车零件的振动、噪声、物理力学性能及其他结构的参数，经常被用来确定车辆的
特性，进行抗疲劳性能测试，优化车辆结构，实现汽车零件质量管理，是安全可靠的驾驶环境保证。
某车型车身NVH和强度的分析和优化
某车型车身NVH和强度的分析和优化覃鹏飞;谢贵山;刘丽佳;陈仁泽;李立【摘要】车身扭转刚度和模态是白车身性能的重要指标,刚度和模态的高低决定了整车可靠耐久性能和NVH性能.对某改款车型进行模态分析,使用有限元分析软件进行模拟分析,通过拓扑优化找到了提升扭转刚度和模态的车身结构方案,解决整车耐久试验开裂问题.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】5页(P18-22)【关键词】车身结构;NVH;车身模态;车身应力【作者】覃鹏飞;谢贵山;刘丽佳;陈仁泽;李立【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007【正文语种】中文【中图分类】U463.820 引言随着汽车市场的快速发展，顾客对汽车平顺性、操纵稳定性及乘坐舒适性的关注度和需求也越来越高。
车身扭转刚度和模态是白车身性能重要评价指标,刚度和模态的高低决定了整车可靠耐久性能和NVH性能。
在汽车研发过程中，NVH特性是汽车精品化设计十分注重的特性[1]。
车身模态(单位Hz)为车身结构的固有振动特性，每一个模态有固定的振动频率、阻尼比和模态振型。
一阶模态、一阶扭转在行驶中容易被外载荷(路面激励、发动机怠速和工作转速)激发，模态低时在车速达到一定值的时候明显感觉到车身在抖动、处于不稳定状态，所以车身模态要达到设计要求，以避免跟激励形成共振发生振动和噪声。
目前汽车市场较多车型采用承载式车身,承载式车身需要有足够的刚度来承受来自路面多种载荷的作用[2]。
车身的强度须保证其耐久可靠性，车身还须应用合理的动态特性控制整车振动、噪声，同时车身还需足够的结构强度以在车辆碰撞时保护乘员的安全[3]。
在国内外,车身模态和强度分析已经普遍应用在汽车产品研发过程中,而且仿真计算结果与实验结果吻合较好[4]。
某车型控制臂衬套螺栓装配缩颈问题研究
某车型控制臂衬套螺栓装配缩颈问题研究作者：覃佳亮肖健李发喜来源：《中国新技术新产品》2016年第13期摘要：本文针对公司某车型控制臂衬套螺栓装配缩颈问题，通过紧固件质量检测，CAE 分析以及扭矩夹紧力试验，找出造成部分控制臂螺栓缩颈屈服的根本原因是系统散差导致部分螺栓拧紧扭矩过大，螺栓屈服，并通过提高螺栓强度或降低装配扭矩解决该问题。
关键词：装配缩颈；控制臂；质量检测；扭矩-夹紧力试验Abstract： Aiming atthe problem of boltassembly necking for the control arm of a vehicle，quality test of fasteners， CAE analysis and the torque clamping test is used. The result shows the ultimate cause of bolt assembly necking for control arm lies in the system scattering difference which leads to a too high tightening torque for very little part of the bolt and as a result， the bolt reach the yield point. And the problem can be solved by enhancing the bolt strength or lower the assembly torque.Keywords： Assembly necking； Control arm； Quality test； Torque clamping test中图分类号：U463 文献标识码：A控制臂也称摆臂，是汽车悬架系统中重要的安全件和功能件。
汽车零部件强度试验和评价
汽车零部件强度试验和评价 周 炜 上海大众汽车有限公司 【摘要】 汽车零部件的强度试验和评价是一项比较复杂的工作，必须考虑各方面的影响因素，载荷的复杂性、零件强度的离散性、以及影响这些参数的外部和内部因素。
本文从所涉及的力学和统计学的概念和理论入手，介绍了在强度分析中所用到的基础知识。
随后对载荷分析和测量、零部件强度试验、强度评价等一些在实际工作中采用的方法进行了阐述，最后通过一个应用实例进一步希望能起到抛砖引玉的作用。
关键词：强度 汽车零部件 疲劳耐久性试验1． 概述汽车的结构设计是一项综合性的工程，从时间上讲，它几乎贯穿整个产品开发阶段；从开发的对象来分，可以大致分成发动机、底盘、车身和电器部件；而从所涉及的专业上讲，又包括造型、振动和噪声、结构强度、整车性能等方面。
在这些专业领域中，强度是一个比较重要的问题。
一方面，为了满足在整个使用寿命内可靠性和耐久性要求，所有零部件、乃至整车需要有足够的强度；而另一方面，由于产品成本的要求，又要将零部件的材料用得最省。
强度设计的目标就是要在这两个相矛盾的要求间找到一个平衡点，使得零部件达到轻量化的同时，满足可靠性的要求。
与此同时，为了缩短整个产品开发过程的周期和降低开发费用，往往在样车还没有制成的开发初期阶段就需要强度设计的介入。
因此，强度设计要回答的问题就是：设计的零部件是否能够在使用寿命内不发生破坏？进行汽车零部件强度设计主要的手段包括：载荷测量，零部件试验和模拟计算。
本文结合作者的工作实际，重点从试验的角度出发，对汽车零部件的强度设计和评价进行阐述。
2． 概念和理论载荷和强度金属的疲劳理论经过近百年的发展历史，已自成体系，对实际工作具体较好的指导意义。
我们在进行强度设计时，实际上只需要关注两个参数：一是所研究的零部件在整个使用过程中将会受到的各种各样的载荷，其表现形式是多种多样的，可以是零部件上所受的力，也可以是某处的应变，也可以是某个物体的振动加速度，等等；二是零部件本身能够承受这些载荷的能力有多强，也即俗称的“强度”，它是由零部件的结构、材料、加工工艺等因素决定的，是零部件本身的特性。
基于有限元分析的汽车零部件强度与刚度优化设计
基于有限元分析的汽车零部件强度与刚度优化设计随着汽车工业的发展，汽车部件的强度和刚度优化设计变得越来越重要。
在汽车制造过程中，有限元分析成为一种广泛应用的工程计算方法，通过对汽车零部件进行有限元分析，可以有效地评估其强度和刚度，并提供优化设计方案。
汽车零部件的强度是指其在工作载荷下不会发生破裂或塑性变形的能力。
而零部件的刚度则是指其在受到外力作用时的变形量。
在设计过程中，为了满足车辆的安全性和性能要求，需要对零部件的强度和刚度进行综合考虑和优化设计。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将零部件划分成多个小单元，在节点处建立代表材料性质的节点，利用有限元法原理，将材料的力学性质转化为代表节点的位移和应变，进而分析和计算零部件的强度和刚度。
在进行有限元分析时，首先需要建立准确的零部件模型，并对其进行网格划分。
网格划分的精细程度和划分单元的数量会直接影响到分析结果的准确性。
然后，需要定义零部件的边界条件和加载情况，这些条件将模拟零部件在现实工作环境中所受到的力和载荷。
最后，使用合适的有限元分析软件进行计算，并得出零部件的应力和位移等结果。
基于有限元分析的强度和刚度优化设计是通过不断地改变零部件的几何形状、结构和材料，以使其在给定的约束条件下达到最优性能。
例如，在零部件的厚度、横截面形状和材料选择等方面进行调整，以提高零部件的强度和刚度。
通过多次有限元分析和优化过程，找到最佳设计方案。
此外，在进行有限元分析时，还需要考虑到实际制造和装配过程中的一些因素。
例如，零部件的局部加强、结构支撑和连接方式等。
这些因素将直接影响到零部件的强度和刚度，需要在分析中进行充分考虑。
在整个设计过程中，与制造工程师和材料工程师之间的有效沟通和协作是至关重要的。
只有通过密切合作，才能综合考虑到零部件的制造可行性和材料性能，以最终达到优化设计的目标。
综上所述，基于有限元分析的汽车零部件强度和刚度优化设计是一种有效的工程计算方法。
通过精确建立零部件的模型，并进行准确的有限元分析，可以评估零部件的强度和刚度，并在此基础上进行优化设计。
第3章 汽车零部件载荷及强度计算方法
式中：θ1、θ2、θ3、θ4、θ5－相应圆盘的扭转角位 移。
如中央制动器的转动惯量为ＪＣ，其当量转动惯量 为Ｊ 2 C e J C 2 2 2
2 2 J 2C J C ( ) e 同理，从主减速器从动件到车轮零部件，如车 轮，其转动惯量为 Jω ，当主传动比为 io 时，其当量转 动惯量为： J
①图中，分别画出了第一、二、三、四固有频率 的振型图，在图a中，有一振幅为零的点，称为节点， b 、c 、d图的振型中，节点数逐个增多。
②理论分析表明：第一固有频率对应单节点振 型，第二固有频率对应双节点振型，依此类推，第j固 有频率对应节点数为j的振型。 ③在θm=1情况下，即发动机扭矩相同的条件下， 图形表明了其它轴段变形量的幅值。 二、由传动系激振转矩引起的传动系载荷 发动机气缸内变化的气体压力和曲柄连杆机构往 复运动质量不均匀惯性力形成了周期性变化的激振转 矩，它使传动系产生受迫振动。 1. 发动机气缸对曲轴产生的转矩
对于一般汽车，安全系数的取值标准如下： ①断裂破坏，安全系数取1.8； ②疲劳破坏，安全系数取1.3； ③屈服失效，安全系数取1.3。 同其它机械相比，汽车设计特别强调减轻自重， 所以一般安全系数取值较小，多数是极限设计。 但注意到，对安全密切相关的制动、操纵及车轴 等零件，必需细致地计算其承受的应力，既要减轻重 量；又要保证安全。另外，对容易腐蚀和磨损的零 件，根据不同的情况，安全系数加大15%～30%。
2. 假设 在模型中，假定代表系统各部分转动惯量（Ｊ１、 Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５）的圆盘是绝对刚性的，这些圆 盘之间是由无质量的、扭矩刚度为ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ ３ 、Ｃ Ｔ４ 的弹性轴连接着，并把一些靠近的彼此之间 相对变形较小的旋转质量加以合并简化，以减少系统 的自由度。
汽车耐久性仿真分析概述
汽车耐久性仿真分析概述在20世纪90年代初期与中期，汽车公司通常仅提供少数的基本模型。
随着今天市场竞争的加剧，汽车制造商们必须能提供多种类型的汽车和变型版本，才能满足广大消费者不断变化的品味与时尚追求。
与此同时，汽车制造商还要继续保持产品的高品质，并不断减轻车轮的总体重量。
新设计方案的不断增加已经使耐久性试验设备的使用达到了极限，这成为制约汽车制造商开发新设计的瓶颈。
为了解决这一问题，汽车工程师运用疲劳耐久分析软件，在物理试制样车前，就深入分析寿命，修改设计方案。
尽管面临着产品种类不断增加的实际问题，但物理样机数量并没有增加。
系统级耐久性仿真技术结合专门的分析与可视化功能为汽车设计师、分析工程师与主要供应商之间构建了一个有效的交流合作平台。
具有良好的耐久性对激烈的汽车市场竞争来说极为重要的。
与安全相关的部件绝对不能出现问题。
当然，部件的整体疲劳寿命必须能让客户满意，并能保证对客户的承诺。
工程师设计的部件和系统，必须能够承受制定的工作载荷，预定的工作周期以及某些滥用。
另一方面，车辆设计还要减轻重量以降低制造成本，同时具有经济性燃油消耗，并满足排放环保标准。
决定性疲劳寿命设计，由于其复杂性和需求之间的相互冲突，并主要依赖于无数的物理样机试验和模拟试验，因此常常是非常耗时和高成本的流程。
由于试验结果不满意而修改设计最终将导致设计性的物理样机，重新进行试验。
整个过程重复进行指导符合所需求的疲劳寿命。
薄弱焊点和正确设计的确定必须经过多次的构建-试验-重设计这样的循环过程。
例如：宝马3系车型具有汽油或柴油发动机，自动或手动变速器，后轮和四轮驱动，每一种不同的组合需要在设计中分别考虑，如果所有可能得组合都依靠试验验证，至少需要25种试验任务。
这样，仅仅为一个系列的车型开发，需要长时间占用试验台进行试验，对疲劳寿命的验证单纯依靠试验方法不再现实。
因为进行多种车型的试验台在容量和处理能力方面都已经超出可能性。
虚拟仿真和疲劳寿命试验相结合的方法，无疑是解决不断增长的车型的多样性，加速产品上市时间和确保质量标准的唯一解决方案。
汽车行业汽车零部件质量标准
汽车行业汽车零部件质量标准近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车零部件质量成为整个行业的核心关注点。
汽车零部件质量直接关系到汽车的性能、安全性和耐久性，对整个行业乃至消费者的安全负责。
为了确保汽车零部件的质量达到国际水平，各国汽车行业纷纷制定规范、规程和标准。
本文将从材料、测试方法、制造工艺等多个方面，对汽车零部件质量标准展开论述。
1. 材料标准汽车零部件的质量取决于所采用的材料。
钢材、铝合金、塑料、橡胶等材料在汽车制造过程中广泛应用。
因此，制定适用于不同零部件材料的标准非常重要。
1.1 钢材标准汽车的车体构件和发动机零部件通常采用高强度钢材。
钢材标准应包括化学成分、力学性能、金相组织等方面的要求，以确保其强度、可焊性、耐腐蚀性等满足设计和使用要求。
1.2 铝合金标准汽车的轻量化成为当前汽车行业的发展趋势，铝合金被广泛应用。
铝合金材料的标准应包括合金成分、热处理工艺、力学性能等方面的要求，以确保其强度、硬度、耐腐蚀性等满足设计和使用要求。
1.3 塑料和橡胶标准塑料和橡胶材料在汽车零部件中主要用于密封件、避震器、导流板等。
塑料和橡胶材料的标准应包括物理性能、化学性能、耐老化性能等方面的要求，以确保其满足汽车零部件的密封、减震、防水等功能。
2. 测试方法标准为了确保汽车零部件的质量，必须进行严格的测试。
测试方法标准的制定对于准确评估汽车零部件的性能、安全性和可靠性至关重要。
2.1 强度和刚度测试方法标准汽车零部件在使用过程中需要承受各种复杂的载荷。
为了确保其强度和刚度满足设计要求，需要制定相应的测试方法标准。
例如，对汽车底盘横梁进行弯曲试验、对车门进行开合循环试验等。
2.2 耐久性测试方法标准汽车零部件需要具备较长的使用寿命，因此耐久性测试非常重要。
制定耐久性测试方法标准，以模拟实际使用条件下的振动、温度、湿度等环境，对汽车零部件进行持久性能测试。
2.3 安全性测试方法标准汽车零部件的安全性对驾驶员和乘客的生命财产安全至关重要。
汽车结构有限元分析
有限元分析1.有限元法可以分为两类,即线弹性有限元法和非线性有限元法.其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础,二者不但在分析方法和研究步骤上有类似之处,而且后者常常要引用前者的某些结果.2.有限元的数学及力学思想答：有限元法作为结构分析的一种计算方法，从数学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将偏微分方程或者变分方程换成代数方程求解；从力学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将连续体划分成有限个小单元体并使他们在有限个节点相互连接。
在一定精度要求下，用有限个参数来描述每个单元的特性，而整个连续的力学特性能够可以认为是这些小单元体力学特性的总和，从而建立起连续的力的平衡关系。
3.有限元模型:有限元模型是真实系统理想化的数学抽象.由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定载荷.4.有限元法:是以力学理论为基础,随着力学\数学和计算机科学相结合而发展起来的一种数值计算方法.5.传统结构设计流程:设计----建模----测试---再设计.(1)作很大简化,计算精度差;(2)结构尺寸与重量偏大;(3)结构局部强度或刚度不足;(4)设计周期长,试制费用高6.现代产品设计:Design(CAD)----Virtual Test(CAE)---Build---T est---Redesign。
有限元法是CAE的核心部分7.汽车结构有限元分析的内容：（1）零部件及整车的疲劳分析，估计产品的寿命，分析部件损坏的原因；（2）结构件、零部件的强度、刚度和稳定性分析（3）结构件模态分析、瞬态分析、谐响应分析和响应谱分析；（4）车身内的声学设计，车身结构模态与车身内声模态耦合；（5）汽车碰撞历程仿真和乘员安全保护分析（被动安全性）；（6）结构件、零部件的优化设计（质量或体积为目标函数）；（7）车身空气动力学计算，解决高速行驶中的升力、阻力和湍流问题8.汽车结构有限元分析的流程：（1）制定方案；（2）建立结构模型；（3）划分有限元模型；（4）有限元模型检查；（5）加载和增加约束条件；（6）求解计算；（7）结果分析。
动力总成悬置系统运动包络及工况载荷计算方法
动力总成悬置 系统运动包络及 工况载荷计算 方法
韦 宝侣 ，吕兆 平
（ 上汽通用五菱汽车股份有限公司 技术 中心 ， 广西 柳州 ５ ５０ ） ４ ０ ７
１４ 悬 置 运动 范 围限制 条件 ．
发动机悬置的主要作用 ， 是把发动机安装在整车 上， 控制发动机的位移， 并吸收发动机的振动。 ２ 表 是 Ｇ Ｍ全球标准对控制发动机位移和转角的通用要求 。
表 ２ 动 力 总 成 运 动 空 间 限 制
图 ３ 整 车 坐 标 系
动力总成 自由度 质心最 大位移 ＋ ｍ ） ｄ ， ｍ 或（ ＿（ 嘲 前后（ ｏｅ ｆ ｘ Ｆｒ ａ ） ／ ｔ １ ５ 左右（ ａ ｒ ） Ｌｔａ ｙ ｅ１ ８ 上下（ｏ ｎ ｅｚ ｂｕｃ） ｌ ２ 侧倾（ ｏ ） Ｒｌｘ １ｘ １０ ． 俯仰 （ ｉ ｈ＂ Ｐｔ ） ｃ ３ ５＋ ，（ ） 横摆（ ａ ｚ Ｙ ｗ） ｚ １０ ，
豳
图 ２ 质 心 坐 标 系
瞄
１ ．工况计算前期准备
１１ 坐 标 系定义 ．
一
（） ３ 整车坐标系。 整车坐标系一般是 由客户定义 的， 一般客户在提供总成数模 时， 会装配在整车坐标 系 下 ， 轴从 车 头指 向车尾 ， 垂 直 向上 ， 轴按 右 ｚ轴 】 ， 手法 则确 定 。
摘 要： 阐述 了动力总成位移控制设计 的一般原理 ， 以一微车动 力总成 悬置 系统 为研 究对 象 ， 结合通 用汽车公 司全球 标 准的 ２ ８种裁荷工况 ， 绍 了求解各 悬置 点反力 以及发动机 质心位移和转 角的方法 。 介 该计 算数 据为悬置支 架的 强度 校核
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最大垂直力工况
最大垂直力 = 满载 + 最大动载荷
Fvm Fv 0 Fv
讨论：
（1） 为什么动态载荷与轮胎的垂直刚度有关？ （2） 耐久性性动载系数和静强度动载系数区别？那一个大？
（3） 在那种情况下，轮胎会出现最大垂直力？
垂直力与侧向力联合作用
FVm2 k 2 FV 0 , FLm1 F1 FV 0
FVm1 k1 FV 0 , FLm 2 F 2 FV 0
FVm1 k1 FV 0 , FLm 2 F 2 FV 0
图2-9 第三种侧向力工况（左、右两侧车 轮受到的侧向力FL方向相同）
以概率理论为基础的极限状态设计法：
本质是将荷载效应S及结构抗力R看作是两个随机变量应用概 率论和数理统计的理论去研究结构的可靠度。 以概率论为基础的设计方法分为三个水准： 水准Ⅰ－半经验半概率法； 水准Ⅱ－近似概率法； 水准Ⅲ－全概率法。
三. 失效概率
Probability of failure
失效－指结构或结构的一部分不能满足设计所规定的某一功能要 求，即达到或超过了承载能力极限状态或正常使用极限状态中的 某一极限。 失效概率－指结构结构处于失效状态下的概率pf。
最大驱动力工况
在加速时，作用在前轮上的垂直负荷时减少的。用于静强 度计算的前轮驱动工况如下：
（2-15）
（2-16）
其中，FA2f是一个前轮上的驱动力，它是一种纵向力FA （见图2-2），FVof是一个前轮的满载静负荷；FVA2f是驱 动时一个前轮上的垂直力。
2.3 发动机转矩引起的载荷
在汽车中，如果汽车装备了手动四挡变速器，为了计算 传动轴的疲劳强度，应该采用如下公式计算转矩： （2-19） 其中，Tt1是传动轴疲劳强度计算转矩；Temax是发动机最 大有效转矩；i3是手动四挡变速器第三挡（次高挡）的传 动比。
前轴的最大制动力FBf可以表示为：
FBf h h Lr Fzf G m a B Fzf 0 m a B L L L
其中，µ是轮胎-地面附着系数
对前轮最大制动力（水平方向）与垂直力的组合为：
工程软件的应用
• • • • • 运动学分析，采用Adams软件 静力学分析，采用Ansys软件分析 碰撞分析，采用lsdyna软件分析 一些分析，采用abaqus, natran,patran等工程应用软件。 动力学分析,采用Carsim, simulink等软件
载荷来源
底盘、车身零部件载荷来源
内部：发动机
外部：地面、风载
防止零部件损坏对策
为了使汽车产品具有需要的工作寿命、耐久性和可靠性 （1） 设计： 进行行驶试验（包括仿真），确定载荷。 （2） 分析：对零部件进行静态应力分析，疲劳寿命估计 （3） 试验：进行强度试验、耐久性试验，检验疲劳寿命
2.2 各种工况下轮胎上载荷
最大侧向力工况
FLm1 F 1 FV 0
FLm 2 F 2 FV 0
其中，µ是侧向力系数 讨论： （1） 试验表明，普通轿车直线行驶时侧向力所引起的应力比转 弯行驶时要高（请问原因是什么？）。 （2） 在什么情况下，出现最大侧向力？
图2-8 所选择的侧向力FL的方向应该使其引 起的弯矩与垂直力FV引起的弯矩相加
制动鼓转动 前后的径向 变型图
制动鼓转动 前后蹄上的 应力变化
制动鼓转动 前后蹄片上 的压力变化
某载货车前轴有限元分析
• 对前轴在分别承受4500KG,4600KG,4800KG轴荷，在 垂直弯曲、紧急制动、侧滑等三种工况下进行了刚度 和应力有限元分析，针对分析结果给出了评价。
建立有限元网格模型
非稳定变应力下安全系数的计算方法： 基本思想：首先要将非稳定变应力折算成一个等效变应力 ，然后按稳定变应力的安全系数计算方法进行计算。
N N N1 N 2 ... n V N1 N 2 N n NV
m m m m 1m N1 2 N 2 3 N 3 ... n N n V NV
• 紧急制动工况 汽车制动时，由于惯性力的作用，使前、后轴荷重新分配， 前轴载荷增大，此时，前轴承受垂直力、前后力和扭矩 等共同作用。计算时将上述载荷施加于钢板弹簧座处， 扭矩的施加是通过在钢板弹簧座4个螺栓孔中心分别施加 方向相反的集中力实现的，在转向节轮距处施加位移约 束。
•
侧滑工况 汽车转弯时，由于侧向惯性力的作用，使左右车轮 载荷重新分配，且两侧受力不等，前轴、转向节受 垂直力和侧向力作用，这里取受力较大一侧进行计 算。计算时将上述载荷施加于钢板弹簧座处，在转 向节轮距处施加位移约束。
受力及约束
前轴是汽车行驶系的主要承载部件，也是载重 汽车的重要保安件。汽车行驶时，其受力十分 复杂。汽车在行驶时，前轴所受载荷有三种工 况，对三种危险工况进行了计算分析。
•
垂直弯曲工况 前轴总成承受垂直方向冲击载荷作用（见图3），计算时前 轴单边垂直力取满载轴荷的2.5倍，并以分布力的形式作 用于钢板弹簧座上，在转向节轮距处施加位移约束。
图6-3 各种路面的空间功率谱
•
功率谱是把时间和空间上变动的有效值的平方作为频率 成分的分布来表示的。
图6.4 功率谱密度
工程软件应用案例
汽车桥壳的有限元计算
• 建立有限元模型
添加载荷
前桥载荷与约束
桥壳位移分布云图
桥壳应力分布云图
鼓式制动器的接触有限元分析
（1） 采用Ansys软件
（2） 柔体-柔体的接触 （3） 运动定义
i NV i 1 V
n
Ni
m
kN m
N0 NV
路谱
• （1） 路面不平度的功率谱密度曲线 • （2） 路面不平度可分为长波、短波和粗糙纹理，长 波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动， 而粗糙纹理引起轮胎的行驶噪音。 • （3） 意义：为随后的实验室台架试验或者多体动 力学仿真分析提供可靠地数据支持，从而使工程师 对汽车各构建的疲劳寿命能够做出准确的预测与判 断。
本次分析计算所使用的软件为MSC.Nastran 根据提供的二维图纸进行几何建模及有限元建模，前轴和转向节通 过 主销轴和轴承连接在一起，在计算时考虑了上述部件之间的接触和 摩 擦作用，并采用接触单元模拟其运动关系。前轴和转向节三维几何 造 型如图1所示。前轴为对称结构，对其一半进行有限元划分，共划 分 单元120047个，节点28781个。有限元模型如图2所示。 3． 前轴材料为45钢，转向节为40Cr，转向节主销为20MnCrTi,计算 时 取泊松比μ=0.29，弹性模量E=2.07E+5MPa。 1. 2.
竹帛烟消帝业虚， 关河空锁祖龙居。 坑灰未冷山东乱， 刘项原来不读书。
有感现在大学生、研究生连教材书都没有 2011-11-21
第2章
汽车零部件的载荷及其强度计算方法
第2章 讲课内容
• • • • • 2.1 汽车零部件损坏形式及对策 2.2 各种工况下轮胎上载荷 2.3 发动机转矩引起的载荷 2.4 汽车零部件的强度计算 2.5 汽车零部件的许用应力与安全系数
低周疲劳与高周疲劳
高周疲劳：作用于零件、构件的应力水平较低 ， 破坏循环次数一般高于10^4的疲劳 ，弹簧、传动 轴等的疲劳属此类。
低周疲劳：作用于零件、构件的应力水平较高 ， 破坏循环次数一般低于10^4的疲劳 ，压力容器的 疲劳属此类。
可靠性计算
安全系数法的缺点： 没有定量的考虑抗力和荷载效应的随机性，而是靠经验或工 程判断的方法确定，带有主观成分。定的高或低依据不充分。
图2-12 材料疲劳强度极限图
无限寿命 就钢材而言，当其承受正、负（拉和压）相等的交变应力时，其疲劳强 度（材料能够承受的最大应力值）随材料可以承受的交变次数的增加而 减小，如图2-11所示。当可以承受的交变次数达到107次以上时，疲劳强 度就变成了一个固定值，称其为持久极限。持久极限一般只有静强度的 40%~50%。应力低于持久极限时，材料具有无限寿命。
2.4 汽车零部件强度计算
• • 静强度许用应力 材料的选择
2.5 汽车零部件的许用应力与安全系数
• 疲劳强度许用应力的估计 目前并无很好的预测疲劳的方法，一般通过标 准试验获取零件在不同正负交变应力循环下的疲 劳寿命，然后增加一些修正系数，描述疲劳寿命 的改变与尺寸、形状、表面加工质量等因素。
R-S
μR
S，R
从结构安全的角度，提高结构构件的抗力R，减小抗力R和荷载 效应S的离散程度，可以提高结构的可靠程度，即提高μR－ μS， 减小σR 、 σS可使失效概率降低。
结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率ps，ps=1-pf。
疲劳寿命计算方法
• 疲劳累计模型
图2-12 材料疲劳强度极限图
在模型中鼓和蹄
片均采用solid45实体 单元，用beam188单 元模拟轮辐。按接触
有限元模型
向导生成接触对。加
上适当的边界条件和 载荷，通过分析，可 以得到整个制动器的 应力分布、蹄片上的 压力分布规律以及制 动力矩的大小。另外 还可以设置不同的摩 擦系数来模拟不同摩 擦材料对制动力矩的 影响。
n Nn Ni N1 N 2 寿命总损伤率：F ... N1 N 2 N n i 1 N i
n Nn Ni N1 N 2 ... 1 零件发生疲劳破坏时 F N1 N 2 N n i 1 N i
大量的试验表明，总寿命损伤率约在0.7~2.2之间，为计 算方便起见，通常取1。
补充内容：
（1） 可靠性设计方法 （2） 疲劳计算方法
（3） 应用案例
2.1 汽车零部件损坏形式及对策