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扭转梁疲劳分析方法

2018/9/21    来源:上汽安全与CAE技术    作者:许诺      
关键字:扭转梁  疲劳分析  
扭转梁是一种典型的半独立悬架,主要连接车身,减震器,弹簧及后芯轴,主要功能是传递悬架载荷,支撑弹簧、减震器、后芯轴、制动管路,并满足几何学和弹性运动的要求。

扭转梁结构

扭转梁结构

    扭转梁结构虽然简单,但是受力复杂:左右轮心作用相互影响,常见扭转梁变形模式为扭转和弯曲。这两种模式下,扭转梁分别会出现不一样的失效模式。在整车开发周期中,扭转梁常见的疲劳分析方法有准静态法,瞬态分析法,频率分析法三种。

扭转梁后桥

扭转梁后桥

扭转梁CAE模型

扭转梁CAE模型

1.准静态分析法

    准静态法是表示扭转梁快速通过惯性释放法,确定应力分布和相应的损伤。不管是项目前期的静态工况还是动载工况评估,都可以用准静态方法快速确定扭转梁损伤。

    静态工况即在扭梁各硬点加载恒定幅值力,若干单工况评价扭转梁耐久状态,一般用于扭转梁概念阶段发布。动载工况即通过单位力准静态评估应力,再通过动态载荷线性叠加确定最后损伤,用于扭转梁软模及硬模阶段发布。

准静态分析法

准静态分析法

2.瞬态分析法

    瞬态分析法是指当路面激励频率大于扭转梁固有频率三分之一时,扭转梁疲劳需考虑动载激励共振耐久加剧的影响。瞬态分析法可分为直接法和模态叠加法。直接法是在扭转梁受载工况中加载时间历程,并计算时间历程下每个时间点的应力状态,并进一步做疲劳计算。这种方法应力评估计算时间长,计算文件大的问题。

    模态叠加法即可解决计算时间的问题,模态叠加法是通过先计算扭转梁自由模态及模态应力,与每条路面每个硬点通道激励下的模态坐标位移,再在疲劳软件做计算叠加,得到考虑振动的疲劳损伤。目前该方法在识别焊缝风险区域效果较好。

一阶扭转应力

一阶扭转应力

二阶弯曲应力

二阶弯曲应力

3.频率分析法

    频率分析法是指扭转梁考虑路面激励下的频率响应,并基于功率谱密度函数对载荷时间历程扫描,并与模态应力作疲劳评估。该方法相比模态叠加法有更高的效率,但是随机载荷的动力响应未完成整个瞬态分析。对于扭转梁对左右轮心相位十分敏感,如果采用扫频PSD谱法,容易遗漏部分关键信号,在扭转梁上疲劳评估精度不如模态叠加法。

频响曲线

频响曲线

    准静态法、瞬态分析法、频率分析法三种方法依据载荷类型不同而区分,不同方法有着不同的效率和计算范围。当扭转梁固有频率大于路面激励3倍时,准静态法即可满足耐久精度的要求。而当固有频率小于路面激励的3倍时,需要瞬态分析法和频率分析法对扭转梁焊缝疲劳精度做进一步修正。

责任编辑:程玥
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