基于虚拟试验场的商用车车身疲劳耐久性研究

作     者：李东海 

作者单位：桂林电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何水龙

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：载荷谱 多体动力学 虚拟试验场 疲劳耐久性 

摘      要：商用车凭借其大载重量、长行驶距离等优点广泛应用于运输行业,而车辆的疲劳耐久性直接决定着其可使用的寿命周期。鉴于此,各大主机厂致力于在车辆研发过程中尽可能提高疲劳耐久性,从而增加使用寿命。而延长车辆使用寿命的前提则是预测出可能发生疲劳失效的部位,再针对失效部位进行加强设计。本文以国产某型商用车为研究对象,提出一种新的疲劳耐久性分析方法。将用户周期里程与试验场道路谱关联,结合了试验场测试技术、整车多体动力学模型和疲劳耐久仿真技术,旨在为车辆研发进行疲劳寿命预测,指导车辆设计。详细的工作内容如下:(1)根据用户周期里程和试验场路谱的关联结果进行载荷谱采集和预处理。基于损伤等效理论,建立车辆用户10000公里与试验场路谱关联程序,获得用户试验场路谱关联结果。依据试验场载荷谱采集标准,对所选样车进行传感器安装调试,调试完成后进行数据采集,保证每种道路载载荷谱有三组有效数据。由于采集数据时存在过度路段激励信号,因此对采集的数据要进行特征路段信号剪切,并基于Rossow抽样法在三组数据中选出最优的一组数据。同时,为了消除载荷谱采集过程种受到的干扰,对采集的信号进行异常信号处理,最终得到实测载荷谱用作后续对标。(2)依据样车参数进行整车模型的建立及校核。首先,依据实车测试数据,比如各部件硬点坐标、质量、惯量参数等,基于ADAMS/Car软件分别建立,转向系统、前后悬架系统、柔性体车架、Ftire轮胎模型、驾驶室模型以及动力总成。然后,根据实车连接状态,将各系统模型装配并建立约束,对装配好的整车多体动力学模型进行检查及校核,包括模型的硬点信息、质量、惯量参数的检查及确认,对转向助力、模型的前、中、后桥以及整车质量进行仿真校核。最终得到满足仿真所需的整车模型。(3)基于虚拟仿真模型提取载荷谱进行疲劳耐久性分析。选择3D扫描路面的方法基于路面不平度理论建立虚拟试验场(VPG)路面。在ADAMS/Car软件中,利用整车多体动力学模型、虚拟试验场路面以及虚拟仿真控制文件搭建虚拟仿真模型进行仿真载荷谱的提取,并将其与实测载荷谱进行对比验证。基于Hypermesh建立驾驶室有限元模型,利用惯性释放法获取可用于疲劳仿真的应力场分布结果。结合钣金件材料的疲劳特性曲线和虚拟仿真获取的载荷谱,基于局部应力应变法在n Code软件中搭建疲劳仿真分析流程。最后,将仿真结果与试验结果进行对比验证,并对车架进行疲劳寿命预测。