基于有限元法的汽车构件疲劳寿命分析
有限元法进行疲劳分析
有限元法进行疲劳分析1一、有限元法疲劳分析的基本思路用有限元法进行疲劳分析，其基本思路是：首先进行静或动强度分析，然后进入到后处理器取出相关的应力应变结果，在后处理器中再定义载荷事件，循环材料特性，接着根据所需要的疲劳准则对每一个载荷事件进行寿命计算，最后根据累计损伤理论判断是否开始破坏。
由于结构受力状态往往是一复杂的应力状态，而在实验中测得的结构材料S-N曲线又常是在简单应力状态下获得的，因此常用最小能量屈服准则或其它等效准则，将所研究的疲劳点上的复杂应力用一个等效应力替代。
对有限元法而言，这一过程很容易实现。
等效替代以后，即可参照原始材料的S-N曲线进行疲劳寿命评估。
上述方法称之为应力-寿命法或S-N法，该方法不严格区分裂纹产生和裂纹扩展，而是给出结构发生突然失效前的全寿命估计。
当然，还可以采用更加现代化的局部应变法或初始裂纹法。
因篇幅所限，因此仅讨论S-N法，且针对车辆结构疲劳分析。
2二、疲劳分析由于车辆结构的零部件属于低应力、高循环疲劳，故常使用Stress life准则，并使用修正Goodman图，此时，S-N曲线的经验公式修正为：计算中需要的材料参数包括：弹性模量、疲劳强度系数、疲劳强度指数、强度极限。
其具体的分析过程是：1．建立物理模型(Physical Model)对于疲劳分析来说，物理模型即包含结点、单元、物理特性和材料特性的有限元模型。
2．建立数学模型(Mathematical Model)数学模型也就是使用物理模型计算应力或应变。
求解后，可从后处理器中获取相关的应力或应变。
3．载荷工况(Loading Conditions)对于静态疲劳分析来说，可以用建立载荷函数的方式施加载荷。
4．定义事件(Events)在进行疲劳评估之前，必须先定义事件。
它由物理模型、数学模型、载荷工况组成，如图1-1所示。
5．评估(Evaluation)一般来说，我们可进行下列估算：·事件损伤(Event Damage)·事件损伤方向(Event Damage Direction)·损伤累积(Accumulated Damage)·事件寿命估算(Event Life Estimate)6．后处理(Post Processing)疲劳分析的后处理与静力学的后处理完全一致，此处不再重复。
基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真
摘
要 ： 出 一 种 多体 动力 学 仿 真 和 有 限 元 法 相 互 结 合 进 行 结 构 疲 劳 寿命 预 测 的方 法 ， 以 机 车 车 体 结 构 为 例 提 并
பைடு நூலகம்
进 行 了疲 劳寿 命 计 算 。利 用 ＳＭＰ Ｋ 的 多体 仿 真 技 术 获 得 车 体 结 构 的 动 载 荷 历 程 ； ＡＮＳ Ｉ ＡＣ 在 ＹＳ中 利 用 准 静 态 应 力 ／ 变 分 析 法计 算 结 构 危 险节 点 应 力 影 响 因 子 ； 据 模 态 分 析技 术 确 定 车 体 结 构 固有 频 率 和 模态 振 型 以及 危 应 根 险 点 位 置 。最 后 ， 于动 应 力 历 程 以及 Ｐ ｜ ｇｅ－ ｎ ｒ 基 ａ ｒｎＭｉｅ 损伤 理 论 ， 用 Ｆ － Ａ Ｇ ｍｉ 利 ＥＦ ＴＩ ＵＥ软 件 的 基 于 应 力 的 结构 安
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基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究
基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究一、概述本文主要研究机车车体结构在疲劳寿命方面的仿真，采用多体动力学和有限元法相结合的方法。
由于机车车体结构相对复杂且现场结构耐久性试验费用昂贵，目前国内外对机车车辆车体结构在动载作用下的结构疲劳强度和动应力分析方法涉及相对较少。
实际服役的机车车体结构承受的主要是随机的动载荷，因此直接将静强度分析结果应用于车体结构的疲劳强度评估会产生严重问题。
随着列车运营速度的不断提高，生产安全、可靠、轻量化的车体结构已成为现代机车车辆工业的主要发展趋势，因此机车车体结构疲劳寿命仿真研究成为一项迫切的任务。
本文基于相关领域结构疲劳研究成果，吸取文献中的最新算法，提出了一种利用多体动力学仿真和有限元分析相结合的方法对车体结构的疲劳寿命进行仿真，并进行了较为系统的研究。
研究范围主要集中在机车的多体动力学仿真、车体结构有限元分析和结构疲劳寿命预测上。
具体研究过程主要包括：使用时频复现技术获得多体动力学仿真的轨道随机时域激励利用SIMPACK对机车整车系统进行刚柔体混合建模与仿真（分别考虑车体为刚性和柔性）利用ANSYS计算车体结构的应力（包括模态分析、子结构分析等）结合材料SN曲线和疲劳损伤累积理论进行疲劳寿命预测。
通过这些研究，旨在深入了解机车车体结构的抗疲劳特性，为生产更安全、可靠的车体结构提供理论支持。
1. 研究背景和意义随着高速铁路和重载铁路的迅速发展，机车车体的安全性和可靠性要求日益提高。
疲劳破坏作为机车车体结构的主要失效形式之一，其预防和控制对于确保列车的安全运行至关重要。
传统的机车车体疲劳分析方法主要依赖于试验和经验，不仅周期长、成本高，而且难以覆盖所有可能的工况和边界条件。
开展基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究具有重要的现实意义和工程价值。
多体动力学作为研究多体系统运动规律的有效工具，能够准确模拟机车在复杂工况下的动力学行为，为车体结构提供准确的动态载荷输入。
基于Hypermesh的汽车驱动桥壳有限元分析与疲劳寿命预测
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汽车有限元法概述
汽车有限元法概述有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种工程数值分析方法，广泛应用于汽车工程领域，用于模拟和预测汽车结构在受力下的行为和性能。
本文将对汽车有限元法进行概述。
有限元法的基本原理是将连续结构离散化为有限个子结构，每个子结构称为有限元。
每个有限元内的应力和变形可以用简单的方程表示。
通过求解这些方程，可以推导出整个结构的应力和变形情况。
汽车有限元法主要有以下几个步骤：1.建模：将汽车的零部件、结构和系统进行建模，将其分割成有限元。
这个过程需要根据实际情况选择适当的网格划分和元素类型。
常见的元素包括线元素、面元素和体元素。
建模的准确性和合理性对于后续的分析和计算结果具有重要影响。
2.边界条件：确定模型的边界条件，包括支撑条件和外部加载条件。
支撑条件包括固定支撑和弹性支撑。
外部加载条件包括重力、加速度、风压等。
准确描述和设置边界条件是模拟计算的关键步骤。
3.材料特性：为每种材料分配相应的材料特性参数。
常见的材料特性包括弹性模量、泊松比、材料密度等。
这些参数将决定材料在受力下的行为和响应。
4.模拟计算：利用有限元软件对建模后的汽车结构进行计算和模拟。
通过求解每个有限元的位移和应变，再结合材料特性进行力学分析，得到汽车结构在受力下的应力和变形情况。
5.结果评估：根据计算得到的应力和变形结果，对汽车结构的强度、刚度、耐久性等性能进行评估和分析。
如果发现问题或不合理现象，可以进行模型修正和参数优化，以提高结构的性能。
在汽车工程领域，有限元法主要应用于以下几个方面：1.结构强度分析：通过有限元法，可以对汽车结构的强度进行评估和分析。
例如，分析车身在碰撞时的变形情况，以及主要部件在受力下的应力情况。
2.动态响应分析：有限元法可以模拟汽车在动力加载下的振动和动态响应情况。
例如，模拟车辆在行驶过程中的悬挂系统振动，以及发动机振动对车身的影响。
3.疲劳寿命评估：通过有限元法，可以分析汽车结构在复杂工况下的疲劳寿命。
FEMFAT疲劳分析教程
FEMFAT疲劳分析教程
FEMFAT（有限元疲劳分析工具）是一种用于预测部件疲劳寿命和性能的软件工具。
它基于有限元方法，可以对结构进行疲劳分析、寿命预测和结构优化。
本教程将介绍FEMFAT软件的基本使用方法和疲劳分析的基本原理。
第一部分：FEMFAT软件介绍
1.FEMFAT软件的基本功能和应用领域；
2.FEMFAT软件的主要特点和优势；
3.FEMFAT软件的安装和设置。
第二部分：建立有限元模型
1.导入CAD模型到FEMFAT软件；
2.确定模型的边界条件和加载条件；
3.定义材料性能参数。
第三部分：疲劳加载和分析
1.定义疲劳分析的加载条件；
2.进行疲劳分析，包括应力分析和应变分析；
3.疲劳寿命预测方法和理论。
第四部分：结果分析和优化设计
1.分析疲劳分析结果，包括寿命预测和疲劳热图；
2.根据结果进行优化设计，改进结构的疲劳性能；
3.结果验证和优化方案的效果评估。
第五部分：案例分析
1.疲劳分析实例，如汽车发动机支架的疲劳分析；
2.案例的建模、加载条件和分析过程；
3.案例结果分析和优化设计。
第六部分：注意事项和常见问题
1.使用FEMFAT软件时的注意事项和使用技巧；
2.常见问题解答。
总结：FEMFAT软件是一种强大的疲劳分析工具，可以用于预测结构部件的疲劳寿命和性能。
通过本教程，您将学会使用FEMFAT软件进行疲劳分析，并能够根据分析结果进行结构的优化设计，提高结构的疲劳寿命和性能。
希望本教程能够帮助您更好地理解和使用FEMFAT软件。
有限元法进行疲劳分析
展望
01
随着计算机技术和数值分析方法的不断发展，有限元法在疲劳分析中 的应用将更加广泛和深入。
02
未来疲劳分析的研究将更加注重实验验证和理论建模的结合，以提高 预测精度和可靠性。
03
针对复杂结构和材料的疲劳性能研究将进一步加强，以适应各种工程 应用的需求。
04
疲劳分析将与优化设计、可靠性分析和损伤容限设计等相结合，为产 品的全寿命周期管理提供支持。
有限元法进行疲劳分析
目录
• 引言 • 有限元法基础 • 疲劳分析基础 • 基于有限元法的疲劳分析 • 有限元法进行疲劳分析的案例 • 结论与展望
01 引言
疲劳分析的重要性
01
疲劳分析是产品寿命预测的关键 环节，有助于提前发现潜在的疲 劳断裂风险，避免产品在服役过 程中发生意外断裂。
02
通过疲劳分析，可以优化产品设 计，提高产品的可靠性和安全性 ，降低产品全寿命周期成本。
02 有限元法基础
有限元法简介
有限元法是一种数值分析方法， 用于解决各种复杂的工程问题， 如结构分析、热传导、流体动力
学等。
它通过将连续的物理系统离散化 为有限个小的单元，并对这些单 元进行分析，从而实现对整个系
统的近似求解。
有限元法广泛应用于工程设计、 产品开发和科学研究等领域。
有限元法的基本原理
结构应力分析
通过有限元法计算结构的应力分布。
疲劳裂纹扩展模拟
引入裂纹扩展模型，模拟裂纹在结构中的扩 展过程。
应力集中区域识别
找出结构中的应力集中区域，这些区域往往 是疲劳裂纹萌生的地方。
结构疲劳寿命评估
结合材料的疲劳性能参数和裂纹扩展规律， 评估结构的疲劳寿命。
05 有限元法进行疲劳分析的 案例
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。
基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟
基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟近年来，随着科技的不断发展和人们对高质量、高强度机械结构的需求增加，疲劳寿命模拟成为了一个备受关注的研究领域。
机械结构在运行过程中所承受的反复载荷和应力往往会导致疲劳损伤，在严重情况下可能引发结构的破裂甚至事故。
因此，通过模拟机械结构的疲劳寿命，可以为结构设计和改进提供指导和参考，有效提高结构的可靠性和安全性。
有限元法是一种常用的结构力学分析方法，通过建立结构的有限元模型，将结构离散成小块，再通过求解这些小块的力学方程，获得结构的应力、位移等信息。
基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟的关键是确定结构在反复载荷下的疲劳损伤演化情况。
疲劳寿命模拟可以分为两个主要的步骤：第一步是确定结构的应力历程。
在实际应用中，结构常受到多种载荷的作用，如恒定加载、往复加载等。
通过有限元分析，可以获得结构在这些载荷下的应力分布情况，并据此确定结构的应力历程。
第二步是根据应力历程计算结构的疲劳寿命。
疲劳寿命是指结构在特定应力水平下能够承受多少次往复加载，通常使用S-N曲线表示。
通过计算结构的应力历程与S-N 曲线的交点，可以得到结构的疲劳寿命。
在进行基于有限元法的疲劳寿命模拟时，需要考虑多种因素。
首先是材料的疲劳性能，不同材料的疲劳寿命差异很大。
因此，在进行疲劳寿命模拟时，必须选择相应的材料疲劳参数。
其次是结构的载荷情况，应力历程的准确性直接影响到疲劳寿命的准确性。
在实际应用中，往往需要进行多种载荷的叠加，如周期性载荷与随机载荷的叠加。
此外，还需要考虑结构的几何形状和边界条件等。
尽管基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟方法已经取得了显著的进展，但仍然面临一些挑战。
首先是模拟精度的提高，由于结构的疲劳寿命与多个因素相关，如载荷、材料、几何形状等，因此需要考虑更多的因素以提高模拟精度。
其次是计算速度的提高，随着模拟的复杂度增加，计算时间也相应增加，这对于实际工程应用来说是一个挑战。
因此，研究人员需要不断探索新的算法和方法，以提高计算速度和精度。
基于有限元法的机械零部件疲劳寿命预测
基于有限元法的机械零部件疲劳寿命预测随着机械工业的快速发展，机械零部件的质量和寿命成为了制造业中的重要问题。
疲劳寿命是机械零部件能够经受多少次加载循环而不发生破坏的能力，因此对于机械设计和工程分析来说，疲劳寿命预测至关重要。
为了准确预测机械零部件的疲劳寿命，工程师们常常使用有限元法。
有限元法是一种基于数值计算的工程分析方法，通过将结构分割成小的有限元单元，利用单元边界上的位移和力的关系来求解整个结构的应力和变形。
在疲劳分析中，有限元法能够考虑到复杂的载荷作用、材料非线性和结构几何非线性等方面的影响，因此被广泛应用于机械零部件的寿命预测。
首先，疲劳寿命预测需要建立合适的有限元模型。
模型的准确性和精度直接影响到预测的结果。
在建立模型时，需要将机械零部件的几何形状、材料性质和加载条件等因素考虑进去，并进行合理的简化和理想化。
同时，还需要选取合适的网格划分和单元类型，以确保模型的数值计算稳定和精确。
其次，疲劳寿命预测需要确定适当的疲劳损伤准则。
疲劳损伤准则描述了当应力历程超过材料疲劳极限时所产生的损伤情况。
常见的疲劳损伤准则包括极值法、线性累积法和稳态强度法等。
其中，极值法是一种简化的方法，假设疲劳寿命与最大应力的幂律关系，但对于不同的材料和零部件来说，这种假设并不总是准确的。
因此，选择适当的疲劳损伤准则十分重要。
然后，疲劳寿命预测需要获取真实的加载历程。
实际工作条件下的零部件往往会受到多种复杂的加载作用，如振动、冲击和变温等。
因此，在预测中需要获取到真实的加载历程，并将其作为输入数据来模拟零部件在实际工作中的疲劳行为。
可以通过传感器和数据采集系统来获取实验数据，或利用计算机辅助工程软件来模拟真实的工作环境。
最后，疲劳寿命预测需要进行合理的结果分析和验证。
通过对预测结果的分析和比对，可以评估模型的准确性和可信度。
与实验结果进行对比可以发现潜在的差异和偏差，并进行模型修正和调整。
此外，还可以通过实验验证的方法来进一步验证模型的可靠性和适用性。
FEMFAT疲劳分析教程
FEMFAT疲劳分析教程FEMFAT（Finite Element Method Fatigue）是一种基于有限元方法的疲劳分析软件，广泛应用于汽车、航空航天、能源等行业。
本文将分为以下几个部分，介绍FEMFAT的概述、使用方法和实际案例，以帮助读者了解和应用FEMFAT疲劳分析。
一、FEMFAT概述FEMFAT是一种基于有限元方法的疲劳分析软件，用于评估结构在长期加载下的疲劳寿命和可靠性，通过损伤积累模型计算零件的疲劳寿命，并可预测在不同载荷条件下结构的寿命。
FEMFAT可以与CAD、CAE软件无缝集成，提供多种工况加载、材料模型和疲劳准则，帮助工程师快速准确地评估和优化结构的疲劳性能。
二、FEMFAT使用方法1.数据准备：导入CAD模型、网格划分、边界条件、材料参数和加载条件等输入数据。
2.模型设置：选择疲劳分析类型、加载类型和时间历程等。
3.材料设定：选择合适的材料模型，输入材料参数。
4.载荷设定：设置加载类型、加载方向和加载大小等。
5.网格划分：对模型进行网格划分，保证适当的网格密度和准确的边界条件。
6.分析运行：运行疲劳分析，根据设定的材料模型和载荷条件，计算结构的疲劳寿命和应力分布等结果。
7.结果分析：分析疲劳寿命和应力分布等结果，根据需要进行结果的优化和改进。
三、FEMFAT实际案例1.汽车悬挂系统疲劳分析：通过FEMFAT可以评估汽车悬挂系统在不同道路条件下的疲劳寿命，确定零部件的寿命和失效位置，从而指导设计优化和材料选择。
2.飞机机翼疲劳分析：通过FEMFAT可以评估飞机机翼在飞行过程中的疲劳寿命，确定结构的安全系数，优化结构设计，提高飞机的可靠性和安全性。
3.桥梁结构疲劳分析：通过FEMFAT可以评估桥梁结构在大风和地震等加载下的疲劳寿命，确定结构的可靠性，指导维护和保养工作，提高桥梁的使用寿命。
总结：FEMFAT是一种基于有限元方法的疲劳分析软件，可以用于评估结构的疲劳寿命和可靠性。
基于有限元分析的机械结构有限寿命预测
基于有限元分析的机械结构有限寿命预测近年来，随着工业技术的不断发展和机械结构的日益复杂化，对机械结构的寿命预测和可靠性分析的需求也越来越迫切。
机械结构的寿命是指在给定工作条件下，结构能够正常运行的时间。
而有限命寿预测是通过应用有限元分析方法，研究结构所承受的载荷、应力和变形等参数与时间之间的关系，进而预测结构的寿命。
本文将探讨基于有限元分析的机械结构有限寿命预测方法。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将实际物体分割成离散的小元素，将连续问题转化为离散问题，并利用平衡条件和边界条件来求解结构的力学、热学等问题。
在有限元分析中，结构的有限寿命预测是一个重要的应用领域。
有限寿命预测可以帮助工程师评估机械结构的安全性和可靠性，提供有效的维修和保养策略，减少结构的失效和事故发生的概率。
首先，有限元分析的机械结构有限寿命预测需要明确结构的载荷和边界条件。
载荷是指施加给结构的外部力或力矩，包括静载荷、动载荷和温度载荷等。
边界条件是指结构与外部环境的交互作用，如固支条件、自由支持条件等。
对于机械结构的有限寿命预测，准确的载荷和边界条件的确定是至关重要的。
其次，有限元分析的机械结构有限寿命预测需要建立准确的有限元模型。
有限元模型是将实际结构分割成小元素，建立离散的节点和单元，并通过节点和单元之间的连接关系来描述结构的力学特性。
建立准确的有限元模型需要考虑结构的几何形状、材料特性和边界条件等因素，以及结构在不同工作条件下的变形和应力分布等。
在有限元分析中，有限寿命预测的关键是确定结构疲劳损伤的发展规律。
疲劳损伤是指结构在交变载荷作用下，逐渐累积的微裂纹和塑性变形等。
有限寿命预测需要考虑载荷历程、材料特性和结构几何形状等因素对疲劳寿命的影响。
常用的疲劳寿命预测方法包括SN曲线法、线性累积法和基于损伤力学的方法等。
最后，有限元分析的机械结构有限寿命预测需要对结果进行验证和优化。
验证是通过对实际工程实例的对比分析，确认有限元模型的准确性和预测结果的可靠性。
基于有限元法的某微型货车车身疲劳寿命分析
可 少 。 刚 吾
到 目前为止 ， 国内的疲劳仿真 多是结 合有 限元 法
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亮。
２ １０ ； ４ ０ ３
２ ０４ ０ ２０； ２ ．芜湖信 息技 术职业学院 电子信息 系， 芜湖
３ ．上海律成车辆技术研 发有限公 司， 海 ２ ０ ４ ） 上 ０ ２ ０
［ 摘要 ］ 建立某微 型货 车车身的有 限元模 型 ， ＭＳ ． Ａ Ｔ Ａ 在 Ｃ Ｎ Ｓ Ｒ Ｎ中采用惯性释放 法对其进行静 态分析并 得到 其应力分布状况 ， 再在 Ｍ Ｃ Ａ Ａ ／ ａ 中建立该车的刚柔耦 合多体动力学模型 ， Ｓ ． Ｄ ＭＳ Ｃ ｒ 得到其在 Ｈ级路 面的载荷谱 。在
３ Ｓ ａ ｇ ａ Ｃ ｅ ｇ Ｖ ｈ ｃｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｖ ｌｐ ｎ ．，Ｌ ｄ ．ｈｎｈｉ ＬＯ ｈ ｎ ｅ ｉ ｌ ｅｈ ｏ ｏ ｙ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔＣｏ ｔ ．，Ｓ ｎ ｈ ｉ ２ ０ ４ ｈａ ｇ ａ ０ ２ ０
［ ｓｒｃ Ａ ｆ ｉ ｌ ｎ ｄ ｌｏ ｍｉｉｒｃ ｏｙｉ ｂ ｉ ｏ ｈｃ ａ ｃａａｙｉ ｉ ｃｎ ｕｔｄｂ Ａｂｔａ ｔ Ｊ ｎｔ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｆ ａ ｎ ｕ ｋｂ ｄ ｕ ｉ ｅ ｅ ｍｏ ｒ ｔ ｓ ｈ， ｎｗ ｉｈａｓ ｔ ｎｌｓ ｏ ｄ ｃ ｙ ｔｉ ｓｓ ｅ
基于有限元分析的结构疲劳寿命方法
基于有限元分析的结构疲劳寿命方法随着科技的不断进步，结构材料的疲劳寿命成为工程设计中一个重要的考虑因素。
在工程实践中，通过基于有限元分析的方法，可以对结构的疲劳寿命进行有效的评估和分析。
本文将探讨基于有限元分析的结构疲劳寿命方法，并深入研究其原理和应用。
一、疲劳寿命评估的背景和意义在工程结构中，疲劳是材料在循环加载下逐渐累积损伤和破坏的过程。
疲劳破坏是一种常见的结构失效形式，因此对结构材料的疲劳寿命进行准确的评估具有重要的意义。
基于有限元分析的方法可以模拟结构在循环加载条件下的应力应变分布，进而对结构的疲劳寿命进行预测和优化。
二、基于有限元分析的疲劳寿命评估方法1. 建立结构有限元模型基于有限元分析的疲劳寿命评估方法首先需要建立结构的有限元模型。
通过CAD软件绘制结构的几何模型，并进行网格划分。
网格的划分需要细致而准确，以保证分析结果的可靠性。
2. 定义材料和加载条件在有限元模型中，需要定义结构的材料特性和加载条件。
材料的弹性、塑性行为以及疲劳寿命参数需要根据材料的实际情况进行设定。
加载条件包括静态加载和动态加载两种情况，需要根据实际使用环境和工况进行设定。
3. 进行疲劳寿命评估基于有限元分析的疲劳寿命评估主要通过循环载荷分析和损伤积累分析来实现。
循环载荷分析是指在预设的循环载荷下，对结构进行疲劳寿命的预测。
损伤积累分析则是根据疲劳断裂力学理论，对结构中的应力和损伤进行积累计算。
4. 优化设计和预测寿命基于有限元分析的方法可以对结构进行优化设计，通过改变结构的几何形状、材料和加载条件等参数，提高结构的疲劳寿命。
同时，疲劳寿命预测可以为结构的使用、检修和更换提供科学依据。
三、基于有限元分析的疲劳寿命评估方法的应用基于有限元分析的疲劳寿命评估方法在工程实践中得到了广泛的应用。
例如，在航空航天领域，疲劳寿命评估可以用于飞机结构的设计和维修。
在汽车工业中，该方法可以用于评估车辆的车身结构和悬挂系统的疲劳寿命。
基于有限元法的结构强度与疲劳分析
基于有限元法的结构强度与疲劳分析结构强度和疲劳分析是工程设计中至关重要的一部分，它们可以帮助工程师评估和改善结构的性能和寿命。
而其中一种常用的方法就是有限元法，它是一种数值分析方法，通过划分结构为有限个小单元，再进行力学计算和疲劳估算。
有限元法的基本原理是将结构分割为离散的有限元素，然后根据材料特性、力学原理和数学公式来计算每个元素内的应力与应变。
这些元素之间通过节点相连接，形成整个结构的离散网络。
有限元法的优势在于它能够模拟真实结构的几何形状，并充分考虑材料的性能，从而提供精确的分析结果。
在结构强度分析中，有限元法可以帮助工程师评估结构在静载荷和动载荷下的承载能力。
首先，通过施加静态加载来模拟产生应力的力作用，然后根据结构的物理特性和材料的力学行为，计算应力场。
强度分析的目的是确定结构是否满足设计要求，包括最大应力、变形、稳定性等指标。
如果有任何不合格的结果，工程师可以通过修改结构几何形状或材料参数等方法来增加结构的强度。
除了强度分析，疲劳分析也是有限元法的重要应用之一。
疲劳是结构在循环加载下逐渐发展的损伤过程。
有限元法可以模拟长期疲劳加载下应力的迁移和积累。
在疲劳分析中，工程师需要估算结构上的应力历程，并使用S-N曲线来确定材料的疲劳性能。
通过分析疲劳寿命和裂纹扩展等指标，可以帮助工程师预测结构在实际使用中的损伤和失效情况，为设计提供参考，并采取适当的措施来提高结构的疲劳寿命。
然而，有限元法也存在一些局限性和挑战。
首先，有限元法是基于离散网格的方法，所以对于结构的几何形状、材料的非线性行为和动态响应往往会有一定的近似。
其次，有限元法需要大量的计算资源和时间，尤其是对于复杂的结构和加载条件。
此外，由于有限元方法是一种数值近似方法，它对模型的准确描述以及输入参数的合理选择都有一定的要求。
总体而言，基于有限元法的结构强度和疲劳分析是工程设计中不可或缺的工具。
它能够帮助工程师了解和评估结构的性能，并进行必要的改进。
基于有限元法的半轴强度和疲劳寿命计算
ｎ ｗ ａｌ ｉ ｒ ｓ ｎＴ ｅ ｉ ｌ ｅ ｔ ｔ ａｄｌ ａ ｓ ｇｐｅｉｏ ．ｈ ｎｔ ｅ ｍ ｎ ｅ ｏ （ Ｅ ｏ ｎ ｙｎ ｃｉ ｉ ｆ ｅ ｅ ｍ ｈ ｄ Ｆ Ｍ）ｃｎｂ ａｉ ｓｄｔ ａａ ｓ ｅ ｔ ｓ ｏ ｔ ｎｍ ｓｉ ｈｆｏ ａ ｅｅｓｙｕｅ ｌ ｅｔ ｒ ｓ ｆｒ ｓ ｓ ｎｓａｔ ｎ ｌ ｏｎ ｙ ｈ ｓ ｅ ａ ｉ ｏ
三维模型如 图 ２所示 。 ２２ 半轴 有限元模型 的建立 ． 图 ２ 半 轴简化三维模型
章文强 ， 鞠丽娟 ， 吴光强
（ 同济大学 汽车学院， 上海 ２ １０ ） ０ ８４
摘
要： 传统的根据经验公式校核半轴强度 的方法存在计算时间长、 计算精度 低等缺点 ， 利用有限元法可方便 的在半轴三维建模 、 有
限元 网格划分 的基础上进行半轴强度分析 ， 同时可在强度分析 的基础上进行半轴寿命的计算。通过建立半轴的三维模 型， 划 分网格 ， 在有限元 的理论基础上对半 轴进行强度校核 ， 同时结合有 限疲 劳寿命 设计理论进行疲劳 寿命 的计算 ， 得出汽车半 轴 的应力和使用疲劳寿命 。
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方法 。通过有限元法 ， 建立 的三维模 型进行 精确 的网格划 对 分， 利用有限元 分析 软件 Ａ Ｓ Ｓ对 模型进 行前处 理 ， 义 约 ＮＹ 定 束和载荷 ， 用其 强大的计算功 能得到半轴的应力 云图 ， 同时根 据有限疲劳寿命理论计算得到半轴的疲劳寿命 。
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１：
基于有限元技术的侧架静强度和疲劳寿命分析
基 于有 限元技 术 的侧 架静 强度和 疲 劳寿 命分 析
黄 昔平 鲁 寨军 ，
（ 中南 大学 轨道 交通 安全教 育部 重点 实验 室， １ 湖南长 沙 ４ ０ ７ ； １ ０ ５
２ 中南大 学 交 通运 输工程 学 院， 南长 沙 ４ ０７ ） 湖 １ ０ ５
摘 要 发 展 重 载 是 提 高 铁 路 货 运 能 力 和货 物 运 输 实 现 快 速 发 展 的有 效 途 径 。转 向 架 是 关 系 铁 路 车 辆 运 行 安 全
ｆ △Ｔ 一 ＋ △ ＿ ＋ Ｔ Ｔ Ｔ 【 Ａ 一＋ Ａ ＋ ｕ 一 ｕ “ 一
（ ６ ）
在小变 形 的 弹塑 性分 析 中 ， 应 力应 变 关 系 外 ， 除 其
成若 干个增量 ， 后 对 于 每 一载 荷 增 量 ， 弹 塑性 方程 然 将 线性 化 ， 而使 弹塑性 分析 这一非 线性 问题 分 解为 一 系 从
架 在 各 种 工 况 下 均 满 足 要 求 。将疲 劳 载荷 工 况 下 有 限元 计 算 得 到 的 静 态 应 力 与 Ｍ 系列 矿 石 车 侧 架 线 路 潜 结 合 ， 得 到 应 力 谱 。利 用 标 称 应 力 与 可 比 构件 或 零 件 的 实 际疲 劳 特 性 这 一 疲 劳 分 析 方 法 ， 侧 架 进 行 了疲 劳 寿 命 评估 。 对
荷增 量 。在每 一个增 量 的求 解完 成后 ， 续进 行下 一个 继
载荷 增量 之前 程 序调 整 刚 度 矩 阵 以反 映结 构 刚 度 的非
线性 变化 ， 但是 ， 粹 的增 量 近似 不 可避 免 地 随 着 每 一 纯
ｌ 件
ｒ 件 “
一 ＋△
＋ △ （） ２
现 在要求 解 ￡ ￡ ＋△ 时刻 的位移 、 变和应力 ， 应 即
《2024年基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》范文
《基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》篇一一、引言随着铁路运输的快速发展，机车车体结构的性能与安全越来越受到人们的关注。
在机车运行过程中，车体结构经常承受各种复杂的外力作用，导致其出现疲劳损伤甚至破坏。
因此，对机车车体结构进行疲劳仿真研究，预测其在使用过程中的性能变化，具有重要的工程应用价值。
本文基于多体动力学和有限元法，对机车车体结构进行疲劳仿真研究，旨在为机车车体的设计、制造和使用提供理论依据。
二、多体动力学在机车车体结构分析中的应用多体动力学是一种研究多体系统运动规律的方法，适用于描述机车车体等复杂机械系统的运动。
在机车车体结构分析中，多体动力学主要用于建立车体的运动学和动力学模型，分析车体在运行过程中的动态响应。
通过多体动力学分析，可以获得车体在各种工况下的应力、应变等关键参数，为后续的疲劳仿真提供基础数据。
三、有限元法在机车车体结构疲劳分析中的应用有限元法是一种有效的数值分析方法，适用于解决复杂的工程问题。
在机车车体结构疲劳分析中，有限元法主要用于建立车体的有限元模型，对车体进行应力、应变等参数的精确计算。
通过有限元法，可以获得车体在各种工况下的疲劳损伤情况，预测车体的使用寿命。
四、基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究本研究采用多体动力学和有限元法相结合的方法，对机车车体结构进行疲劳仿真研究。
首先，建立机车车体的多体动力学模型，分析车体在各种工况下的动态响应。
然后，根据多体动力学分析结果，建立车体的有限元模型，进行应力、应变等参数的精确计算。
最后，利用疲劳分析方法，预测车体的使用寿命和疲劳损伤情况。
在仿真过程中，我们采用了高精度的材料模型和接触模型，以更真实地反映机车车体在实际运行过程中的受力情况。
同时，我们还考虑了多种不同的工况和运行环境，以全面评估机车车体的性能和安全性。
五、结论通过基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究，我们获得了以下结论：1. 多体动力学和有限元法相结合的方法可以有效地对机车车体结构进行疲劳仿真分析，为机车车体的设计、制造和使用提供理论依据。
基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测
基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测疲劳是结构材料在长期受到重复载荷作用下产生破坏的一种现象。
疲劳问题在工程领域中具有重要意义，对于确保结构的可靠性和安全性至关重要。
而基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测是一种常用的方法。
一、有限元法的概述有限元法是一种在计算机上求解结构力学问题的数值方法。
它将复杂的结构离散为多个简单的单元，在每个单元内进行数值计算，并通过单元之间的边界条件传递信息。
在结构疲劳分析中，有限元法能够很好地模拟结构的实际工作状态和受力情况，从而评估结构在长期加载下的疲劳寿命。
二、结构疲劳的成因结构疲劳的成因可以归结为两个方面：载荷和材料。
首先，结构受到的载荷可以是静态的或动态的，也可以是周期性的或随机的。
不同类型的载荷都会对结构产生损伤，进而导致疲劳破坏。
其次，材料的特性也会对结构的疲劳性能产生重要影响。
材料的韧性、强度、硬化行为等都会影响结构的疲劳性能。
三、结构疲劳分析的步骤基于有限元法的结构疲劳分析主要包括以下几个步骤。
首先，确定结构的受力情况和载荷条件。
这些信息可以通过实验测试或工程经验来获取。
其次，建立结构的有限元模型。
在模型建立时，需要考虑结构的几何形状、材料性质以及边界条件等。
然后，进行疲劳分析计算。
通过有限元法求解结构的应力、应变分布，并结合材料的疲劳本构关系，计算结构在不同载荷作用下的疲劳寿命。
最后，评估结构的安全性。
根据计算得到的疲劳寿命，判断结构是否达到设计或使用要求，并进行寿命预测。
四、结构寿命预测方法结构寿命预测是基于有限元法的结构疲劳分析的关键环节。
目前，常用的结构寿命预测方法主要有两种：直接计数法和损伤累积法。
直接计数法是根据结构所受到的疲劳载荷和材料的疲劳寿命曲线，直接计算出结构的疲劳寿命。
而损伤累积法是将结构的疲劳破坏看作是材料的损伤积累。
通过计算结构的损伤积累程度，进而预测结构的寿命。
五、结构疲劳分析的应用基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测在工程领域中具有广泛的应用。
基于有限元分析的零部件疲劳寿命预测
基于有限元分析的零部件疲劳寿命预测引言在制造业领域，零部件的疲劳寿命预测对于确保产品的安全性和可靠性至关重要。
而基于有限元分析的疲劳寿命预测方法由于其高效性和准确性，成为了工程领域中被广泛采用的一种预测工具。
本文将探讨基于有限元分析的零部件疲劳寿命预测的原理和应用，并介绍一些相关的研究进展。
一、有限元分析的原理有限元分析是一种工程数值计算方法，通过将连续体划分成有限数量的元素，建立数学模型，并应用边界条件和材料性能参数，模拟实际工程中的变形和应力分布。
在零部件疲劳寿命预测中，有限元分析可以用来确定材料在加载作用下的应力和应变状况，进而用来预测零部件的疲劳寿命。
有限元分析的基本步骤分为几何建模、网格划分、边界条件的设定和结果分析。
首先，根据实际零部件的几何形状建立三维CAD模型，并将模型导入有限元分析软件中。
然后，将模型进行网格划分，将连续体分割成许多小的有限元素，并将节点与边、面相连。
接下来，设置加载条件和边界条件，确定零部件的力学环境和边界限制。
最后，进行有限元分析，计算每个节点和单元的位移、应力和应变。
通过对应力、应变场的分析，可以进行疲劳寿命预测。
二、常见的疲劳寿命预测方法1. 基于应力的疲劳寿命预测基于应力的疲劳寿命预测方法是最常用的一种方法。
该方法通过对有限元分析结果进行应力场的提取和分析，计算零部件中的最大应力，并与材料的疲劳极限强度进行比较，从而判断零部件的寿命。
常用的方法有极大应力法、切应力法和本征应力法等。
2. 基于应变的疲劳寿命预测基于应变的疲劳寿命预测方法是通过对应变场的提取和分析，计算零部件中的最大应变，并与材料的疲劳极限应变进行比较，来进行寿命预测。
该方法对于复杂的零部件尤为适用，常用的方法有最大剪应变法和应变幅值法等。
3. 基于损伤的疲劳寿命预测基于损伤的疲劳寿命预测方法是通过定义损伤指标，结合应力或应变的历程信息，计算零部件中的累积损伤，从而进行寿命预测。
损伤累积法和准则损伤法是常用的方法，能够较好地考虑材料在循环载荷下的损伤积累效应。
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第２１卷第２期 ２００８年４月
机械研究与应用 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＵＣＡｌｒｌ０Ｎ
Ｖｏｌ ２ｌ Ｎｏ ２
２００８硝
ＡＭＳ计算输出路面载荷谱．ＤＡＣ文件。
图５载荷时间历程 ５．２建立有限元模型
在ＰＡＴＲＡＮ中采用％ａ６和ＴｅｔｌＯ单元对其进行 划分，划分完后模型的单元数是９３１０个，节点数 ４６５６个。划分后的有限元模型如图６所示。
机械研究与应用 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
第２ｌ卷第２期 ２００８年４月
在ＭＳＣ．Ｆａｔｉｇｕｅ软件中计算得到对应的安全因 子云图和疲劳寿命对数云图如图９、１０所示。表１为 危险区疲劳损伤值最大节点的疲劳寿命、对数疲劳寿 命、疲劳损伤和安全系数值。
图１０下控制臂对数疲劳寿命云图 表ｌ下控制臂危险区节点的疲劳分析结果
由分析结果可看出，整体上下控制臂的疲劳强度 足够，疲劳寿命均超过了工程上循环ｌＯＥ６次的要 求；存在疲劳强度薄弱处。但危险区最小安全因子 １．０３，安全系数偏小，存在疲劳破坏的隐患。最低疲 劳寿命１．７４Ｅ６次循环，载荷时间历程５０ｓ，则下控制 臂时间寿命Ｉ．７４Ｅ６·５０＝８。７０Ｅ７ｓ，共计２４１６７ｈ。若 每天行驶８ｈ，换算后得到寿命约８．３年。因此，该下 控制臂存在应力集中现象，在长期的变化载荷作用下 会产生破坏。由于条件的限制．。无法进行试验对比， 因此本文仿真结果有待试验验证。 ７ 结语
对于悬架系统，采用额定载荷作用下的单轮跳动 进行仿真。采用Ｂ级路面谱模拟路面状态如图４所 示，用Ｃ语言编辑路面谱，将．ｔｘｔ的程序文件读人
ＡＤＡＭＳ。 ．
图４ Ｂ级路面谱
图２多体有限元疲劳分析流程图
利用三维造型软件ＵＧ和机械系统动力学仿真 软件ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ，按照ＡＤＡＭＳ建模的要求建立该 型轿车悬架的虚拟模型。如图３所示。
万·５方８·数据
悬架的仿真分析是为了对其中的转向节进一步 地有限元分析和疲劳寿命计算，得到的转向节在竖直 方向的受力随仿真时间的变化，经仿真动画计算，得 出转向节上端受力的载荷时间历程，如图５所示。
根据动力学仿真分析的结果，通过确定坐标标记 确定ＡＤＡＭＳ输出的构件为刚性构件，即下控制臂。 载荷的作用点为下控制臂球头销连接处，在载荷的作 用点设置坐标标记以获得作用点的载荷值，同时可指 定载荷作用点的节点号（在有限元分析中，ＭＳＣ系列 软件将自动的匹配运算确定节点号的对应关系），输 出仿真５０ｓ时刻下控制臂的载荷历程信息。由ＡＤ－
本参数和特性指标得出Ｓ—Ｎ曲线。如图８所示。
一１６ｈ
争＿Ｈ Ｄａｔａ ＰＩｏｔ
ＳＲ¨：２８３５ ｂｌ：一０”ｂ２：０ Ｅ：２ＥＳ ＵＴＢ：６４Ｓ
图６下控制臂有限元模型
针对水平路面的情况，仅模拟了垂直跳动的工 况。该模型采用下列约束条件：①在与车身连接的 孔和销约束３个方向的移动自由度；②在与悬架的 转向节的配合孔面上约束ｙ方向的位移。 ５．３强度计算及结果分析
合方程为：
ｌｇＮ＝口＋ｂｌｇｒ。
ｉ
，
１
Ｊ
其中：６＝∑￡ｌ眄Ｌ１ｌ—叱一—寺—（二∑ｌ—ｇｃ鼍ｒｊ．—）＿（∑—ｌ上啪Ｌ）
善（１眄）２一手（∑ｌｇｏ））
，一１
Ｊ。１
．
１
ｌ
１
口＝÷∑（１叱）一手∑ｌｇ听
式中：盯，为第，级应力水平的应力值；ｌｇＪ￣！『为口，下的 对数平均寿命；２为应力水平级数。
在ＭＳＣ．Ｆａｔｉｇｕｅ软件中，可以通过输入材料的基
用ＭＳＣ系列有限元分析和疲劳软件对下控制臂进行分析，计算了其应力特性和疲劳寿命。
关键词：有限元；疲劳分析；Ｓ一Ⅳ疲劳分析
中图分类号：Ｔｉｌｌｌ３．２＋２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—４４１４（２００８）０２一００５７一０４
Ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＥＭ
本文给出了结构疲劳分析和寿命预测的一些基 本方法，并根据对某轿车下控制臂疲劳分析实例，对 其进行强度分析，确定了下控制臂的薄弱环节。并在 悬架的动力学仿真分析的基础上，进一步利用ＭＳＣ． Ｆａｔｉｇｕｅ软件对其作了疲劳寿命模拟计算。进行以上 分析可以得出结论：在对构件的设计中仅考虑静强度 或常规的方法不能满足零件的强度和寿命要求，进行 抗疲劳计算是必要的。‘
第２ｌ卷第２期 ２００８年４月
机械研究与应用
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＬＩＣＡＴｌ０Ｎ
Ｖｏｌ ２１ Ｎｏ ２
２００８诅
基于有限元法的汽车构件疲劳寿命分析
黄民锋１，江迎春２
（１．合肥车桥有限公司，安徽合肥２３０００９；２．合肥工业大学，安徽合肥２３０００９）
摘要：对汽车构件结构疲劳分析和寿命预测方法即静态疲劳分析方法和总寿命ｓ一Ⅳ预测方法进行了介绍。针对 某种型号轿车的悬架，应用多体动力学软件ＡＤＡＭＳ构建了悬架的虚拟样机，进行了动力学仿真分析。并应
ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ａ珊ａｒｃ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｓ—Ｎ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
１前言 车辆在行驶中零部件受到各种交变载荷，这种交
变载荷一般低于拉伸强度极限，在此载荷反复作用下 会发生裂纹萌生和扩展并导致突然断裂，这种现象称 为疲劳破坏。在技术改进和研究开发中，了解这种破 坏形式对车辆零部件的强度影响具有重要意义。因 此在汽车的研制过程中，需对零部件进行大量的台架 试验和整车耐久性试验，不仅试验费用高、周期长，且 问题大多出现在产品设计完成之后，对设计更改带来 一定难度。通过有限元疲劳分析，可以在产品设计初 期对整车的耐久性进行预测，找到结构的薄弱环节。 提出合理改进方案，还可大幅降低或最终取代部分疲 劳试验¨．２ Ｊ。笔者将结合工程实例。对各种疲劳分析 方法对汽车构件的分析及适用范围进行评述。 ２有限元疲劳分析方法
采用有限元疲劳分析方法。很重要的步骤是获得 用于疲劳分析的路面载荷时间历程。该数据可用以 下任何一种方法获得¨Ｊ：
（１）试验法在路面耐久性试验时测量某固定 位置的载荷。
（２）直接来自路面载荷数据库或经验数据库
收稿日期：２００７—１２—１４ 作者简介：黄民锋（１９７６一），男，安徽安庆人．工程师，研究方向：轿车悬架设计开发。
图３悬架系统的动力学仿真模型
根据目标悬架中零部件间的相对运动关系，定义 零部件的拓扑结构，对零部件重新组合，将没有相对 运动关系的零部件组合为一体，确定重新组合后零件 间的连接关系和连接点的位置，计算或测量重新组合 后的零部件质心位置、质量和转动惯量，确定减振器 的阻尼特性和弹簧的刚度特性，定义主销轴线，输人 车轮的前束角和外倾角。不允许过约束的运动，橡胶 轴承和弹簧属于柔性连接，它们在发生运动干涉的部 件之间产生阻力，阻止迸一步的干涉发生。假定各 铰链处的橡胶轴承在各个方向上的刚度相等，则在相 应的位置施加轴套力。 ５．１仿真结果
态疲劳分析方法…。３疲劳寿命Ｓ一Ⅳ预测方法
疲劳寿命的估算分为裂纹形成阶段寿命估算和 裂纹扩展阶段寿命估算两部分。常用的疲劳寿命计 算方法包括名义应力寿命法、局部应变寿命法和裂纹 扩展计算法。针对样例的分析，只介绍Ｓ—Ｊ『＼『方法。
名义应力法又称Ｓ一Ⅳ方法，强调长疲劳寿命和 耐久性的限制，或假定疲劳失效不会发生时的安全应 力。它以材料或零部件的疲劳寿命曲线为基础，利用 名义应力或局部应力和寿命之间的关系，主要应用在 线性弹性应力的分析中Ｈ】。其设计思路是：从材料 的Ｓ一Ⅳ曲线出发，再考虑各种影响系数的影响，得 出零件的Ｓ—Ｊ＼，曲线，并根据零构件的Ｓ一Ⅳ曲线进 行抗疲劳设计。当使用Ｓ一Ⅳ曲线的水平区段—— 疲劳极限进行设计时称为无限疲劳设计；当使用Ｓ一 Ⅳ曲线的倾斜部分进行抗疲劳设计时称为名义有限 寿命设计¨Ｊ。名义应力法的流程如图ｌ所示。 ４路面载荷时间历程的获取
（４）全理论分析方法无需试验，仅通过多体动 力学或虚拟实验场（ＶＰＧ）仿真技术获取悬架和其它 位置的路面载荷时间历程。
本文实例是建立多体动力学仿真模型获取构件
圈 需要部位的载荷时间历程。
引渊嚣ｌ ｌ簖躺簇
亟匾Ｈ藉篙凄董籍
图１定义名义应力法流程
５工程分析实例 采用通过多体动力学仿真软件ＡＤＡＭＳ，直接从
系统载荷谱求得结构的动力响应时间历程，采用有限 元法计算出关键结构部件上各关键危险部位的应力， 最后结合材料的基本疲劳性能数据进行结构寿命估 算【５】。系统载荷可以是实际的载荷、位移和加速度 等。多体动力学分析的结果是部件的载荷历程，可加 快结构的疲劳寿命分析，比如对于载荷历程中结构的 无损伤部分就可忽略。多体有限元疲劳分析流程如 图２所示。
万方数据
·５７·
Ｖｏｌ ２ｌ Ｎｏ ２
２００８硝
机械研究与应用
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
第２ｌ卷第２期 ２００８年４月
以汽车企业长期积累的相关车型的路面载荷数据库 或典型零件的经验载荷数据库等作为参考载荷进行 疲劳分析。
（３）半理论分析方法根据部分位置的测量载 荷，通常为轮轴的载荷，利用多体动力学等方法可以 得到其它连接位置的载荷。
Ｈｕａｎｇ Ｍｉｎ—ｆｅｎ９１．Ｊｉａｎｇ Ｙｉｎｇ—ｃｈｕｎ２
（１．盹似ａｄｅ Ｃｏ．．删，Ｈｅｆｅｉ Ａｎｌｕｄ ２３０（｝０９．Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｆｉｉ ｕｎｉｖｅｒｓｌｔｙ ｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｈｅｆｅｉ Ａｎｈｕｉ ２３０００９．Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅ侧ｃ ｉＢ∞ ｍｅｔｈｏｄ眦ｉｎｔｒｏ－ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｄ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｔａｔｉｃ ｓｔａｔｅ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ Ｓ—Ｎ ｆａｔｉｇｕｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ