基于K&C优化设计的扭力梁悬架疲劳寿命研究

作     者：余胜利 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄妙华

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：扭力梁悬架 整车刚柔耦合模型 疲劳寿命 K&C特性 

摘      要：汽车行驶的过程中,由于路面不平度的影响,往往会对车轮造成很大的冲击力。悬架通过弹簧、减振器、导向机构把这些冲击载荷转移到车身上,不仅能够衰减产生的振动,还能确保车辆平稳地行驶。此过程中,悬架承受大部分的交变载荷,循环反复,就会增加疲劳损伤,降低悬架的疲劳寿命,直接影响整车的使用寿命。因此研究在实测路谱下汽车悬架的疲劳寿命,并提出相应的优化设计方案,是非常有价值和意义的。针对某乘用车扭力梁悬架在服役状态下没有达到设计的行驶里程出现疲劳裂纹的问题,本文拟通过对扭力梁悬架进行疲劳分析,从K&C优化设计着手,来寻求提高其疲劳寿命的有效方法。作者以实际的扭力梁悬架几何模型为基准,并对模型进行简化,建立悬架的三维实体模型;通过模型的导入在有限元软件HyperMesh中建立悬架有限元模型;通过扭转刚度试验对其进行修正,并在Patran中分析了悬架在极限工况下的强度;根据强度分析结果,在某汽车试验场进行整车的疲劳耐久性测试。然后依次建立麦弗逊前悬架、扭力梁后悬架等子系统,根据子系统之间的连接关系,完成整车刚柔耦合模型的装配;为验证建立的整车刚柔耦合模型,对整车进行实测路谱下的动力学仿真分析,提取悬架连接处的边界载荷,在Patran中分析了扭力梁悬架的瞬态响应特性,并把应变响应与试验结果进行对比。最后作者采用***软件进行扭力梁悬架的疲劳分析,根据对悬架疲劳断裂原因的分析,通过优化螺旋弹簧硬点位置,有效地减少螺旋弹簧处垂直载荷,大幅度地提高了扭力梁悬架疲劳寿命,并对优化前后扭力梁悬架的几何运动学特性和弹性运动学特性(K&C特性)和整车的操纵稳定性特性进行了分析。本文采用道路试验和理论分析相结合的方法来研究扭力梁悬架的疲劳寿命,既保证了研究结果的可靠,又减少了试验花费,对研究疲劳问题采用的方法提供了参考;基于整车模型而非悬架模型来研究悬架疲劳寿命,提高了疲劳分析结果的精度;通过结构优化,为解决悬架疲劳裂纹问题提供了某种可行的方法。