基于虚拟试验场的某菱形车可靠性分析及抗疲劳优化设计

论文摘要

随着汽车市场的竞争越来越激烈,汽车的质量和使用寿命显得尤为重要。汽车结构的抗疲劳设计已成为汽车研发的重要内容之一。本文以类菱形客车车身结构为研究对象,利用虚拟试验场技术,模拟汽车试验场可靠性试验,评价类菱形客车车身的抗疲劳性能,为该项目后期该车进行试验场可靠性试验提供一定的参考;然后提出了结合试验设计、有限元计算和遗传算法的结构抗疲劳优化设计方法,对铝合金车轮进行了抗疲劳优化设计。首先,对类菱形客车的车身进行网格划分,建立车身有限元模型。由于车身受到的载荷是通过轮胎和悬架系统传递,因此轮胎和悬架系统的有限元模型非常重要。在建立轮胎和悬架系统有限元模型时,对轮胎和钢板弹簧有限元模型进行了虚拟试验,充分考虑轮胎、钢板弹簧和橡胶衬套等组件的力学特性,保证了悬架的精细度和完整度。将各总成有限元模型装配在一起,得到整车有限元模型,对其进行初始化计算,使其达到平衡状态。其次,按照汽车试验场可靠性试验规范,建立所需的可靠性道路有限元模型。充分考虑汽车的动态和非线性效果,应用LS-DYNA显式有限元程序,对类菱形客车进行可靠性试验仿真分析。应用雨流计数法和应变疲劳理论计算类菱形车车身在试验场可靠性试验中的综合疲劳寿命。最后,以铝合金车轮为例,建立了铝合金车轮及疲劳试验机有限元系统模型,完全按照铝合金车轮疲劳试验条件进行疲劳寿命预测。利用近似模型方法和多目标优化算法,对铝合金车轮进行抗疲劳优化设计。在提高铝合金车轮的抗疲劳性的同时实现其轻量化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 汽车试验场简介
• 1.3 虚拟试验场技术的特点
• 1.4 本文的研究内容和意义
• 第2章 类菱形客车整车有限元模型的建立
• 2.1 类菱形客车车身有限元模型
• 2.1.1 车身骨架建模准备
• 2.1.2 车身骨架网格划分
• 2.1.3 车身载荷和连接
• 2.2 悬架模型的建立
• 2.2.1 钢板弹簧有限元模型
• 2.2.2 减振器有限元模型
• 2.2.3 悬架系统的连接
• 2.3 轮胎的有限元模型
• 2.3.1 建立轮胎有限元模型
• 2.3.2 轮胎虚拟测试
• 2.4 整车模型的装配与初始化
• 2.5 小结
• 第3章 可靠性试验路面有限元模型
• 3.1 客车可靠性试验
• 3.2 虚拟试验场可靠性路面的模型建立
• 3.2.1 随机路面模型的建立
• 3.2.2 强化可靠性路面模型
• 3.3 小结
• 第4章 类菱形客车可靠性试验仿真
• 4.1 疲劳强度分析理论
• 4.1.1 名义应力法
• 4.1.2 局部应力应变法
• 4.1.3 应变疲劳寿命曲线
• 4.1.4 雨流计数法
• 4.1.5 疲劳损伤累积理论
• 4.2 类菱形客车可靠性试验仿真
• 4.2.1 类菱形客车随机路面可靠性试验仿真
• 4.2.2 类菱形客车石块路面可靠性试验仿真
• 4.2.3 类菱形客车卵石路面可靠性试验仿真
• 4.2.4 类菱形客车搓板路面可靠性试验仿真
• 4.2.5 类菱形客车扭曲路面可靠性试验仿真
• 4.2.6 类菱形车车身骨架的综合可靠性评价
• 4.3 小结
• 第5章 铝合金车轮疲劳试验仿真及优化设计
• 5.1 铝合金车轮动态疲劳试验
• 5.2 铝合金车轮疲劳试验仿真
• 5.2.1 铝合金车轮动态弯曲疲劳试验仿真
• 5.2.2 铝合金车轮动态径向疲劳试验仿真
• 5.3 铝合金车轮的抗疲劳优化设计
• 5.3.1 铝合金车轮近似模型
• 5.3.2 铝合金车轮的多目标优化
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文