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基于虚拟试验场的商用车车身疲劳耐久性研究

基于虚拟试验场的商用车车身疲劳耐久性研究

作者：李东海桂林电子科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：载荷谱多体动力学虚拟试验场疲劳耐久性

循环热力作用下压气储能洞室钢衬的疲劳耐久性

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同济大学学报（自然科学版） 2023年第10期51卷 1564-1573页

作者：夏才初秦世康赵海鸥薛小代周瑜同济大学土木工程学院上海200092 宁波大学岩石力学研究所浙江宁波315211 大同启迪未来能源科技集团有限公司山西大同037000 清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084

以大同云冈矿拟建的压气储能电站为例,构建压气储能洞室热力耦合计算模型,通过应力疲劳、应变疲劳、裂纹扩展疲劳3种疲劳分析方法对长期运行条件下钢衬的耐久性进行研究。结果表明:钢衬疲劳寿命计算中必须考虑裂纹扩展的影响,应力疲劳... 详细信息

以大同云冈矿拟建的压气储能电站为例,构建压气储能洞室热力耦合计算模型,通过应力疲劳、应变疲劳、裂纹扩展疲劳3种疲劳分析方法对长期运行条件下钢衬的耐久性进行研究。结果表明:钢衬疲劳寿命计算中必须考虑裂纹扩展的影响,应力疲劳法和应变疲劳法由于没有考虑裂纹扩展的影响,会使疲劳寿命计算结果偏大;钢衬疲劳寿命主要受围岩弹性模量、洞室运营压力和初始裂纹尺寸影响,围岩弹性模量越大、洞室运营压力及初始裂纹尺寸越小,相应的钢衬疲劳寿命就越大;此外,钢衬疲劳寿命随着钢衬厚度的增加而增加,但存在一个最佳厚度,当钢衬厚度大于该厚度时,钢衬的疲劳寿命将不会有明显变化。

关键词：压气储能疲劳耐久性热力耦合钢衬密封层

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车桥耦合作用下系杆拱桥吊杆疲劳耐久性分析

武汉理工大学学报 2020年第6期42卷 12-18页

作者：裴辉腾陈晔吴飞殷妮芳江西省交通设计研究院有限责任公司南昌330022 江西省交通工程集团有限公司南昌330000 江西公路开发有限责任公司南昌330038

针对车桥耦合作用下拱桥吊杆的疲劳耐久性能,以国内某大跨系杆拱桥为依托,建立了系杆拱桥车桥耦合振动的理论分析模型,并对比了桥面不平整度、车速、横向车道和车辆类型等车辆运行参数的影响。采用随机车流模拟程序模拟车辆运行参数,获... 详细信息

针对车桥耦合作用下拱桥吊杆的疲劳耐久性能,以国内某大跨系杆拱桥为依托,建立了系杆拱桥车桥耦合振动的理论分析模型,并对比了桥面不平整度、车速、横向车道和车辆类型等车辆运行参数的影响。采用随机车流模拟程序模拟车辆运行参数,获取不同桥面不平整情况下吊杆的应力谱,运用雨流计数法计算疲劳应力幅与循环次数,结合S-N曲线与Palmgren-Miner疲劳累积损伤准则,对是否考虑腐蚀因素的吊杆疲劳寿命进行了估算。结果表明:不考虑腐蚀作用时,吊杆的疲劳寿命可达100年以上,而考虑腐蚀的影响时,吊杆的疲劳寿命为20年左右,车桥耦合分析需充分计入不同车辆运行参数的差异。

关键词：吊杆疲劳耐久性车桥耦合振动桥面不平整度运营管理

基于有限元与多体动力学的商用车驾驶室疲劳耐久性研究

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基于有限元与多体动力学的商用车驾驶室疲劳耐久性研究

作者：田佳伟桂林电子科技大学

学位级别：硕士

疲劳耐久性作为汽车产品的重要性能指标之一,直接影响到车辆的寿命周期里程。驾驶室作为商用车的关键部件,承受来自路面、发动机等交变载荷作用,其疲劳耐久性能对保证整车的可靠性与安全性至关重要。针对目前基于随机路面谱的疲劳仿真... 详细信息

疲劳耐久性作为汽车产品的重要性能指标之一,直接影响到车辆的寿命周期里程。驾驶室作为商用车的关键部件,承受来自路面、发动机等交变载荷作用,其疲劳耐久性能对保证整车的可靠性与安全性至关重要。针对目前基于随机路面谱的疲劳仿真与试验场路试结果关联性较差的问题,本文以某自主品牌牵引车驾驶室为研究对象,结合售后反馈驾驶室存在开裂问题,提出一种将实测路谱与虚拟仿真相结合的疲劳分析策略,将试验场测试技术、有限元理论、多体动力学有机结合,旨在全面提升驾驶室的疲劳耐久表现。具体研究内容如下:(1)基于损伤等效原理制定用户-试验场关联程序,开展试验场强化道路谱采集工作。为了高保真地还原真实用户使用场景,应用用户关联技术构建表征用户周期里程的试验场规范。依据试验方案,对试验样车进行传感器布置开展路谱采集,考虑到传感器受路面载荷振动冲击以及数据采集设备的线束干扰,对初始采集信号进行重采样、滤波处理并对零漂、尖峰值和趋势项等异常数据进行相应的修正。(2)基于ADAMS/Car与Femfat-Lab搭建联合仿真平台进行载荷分解。通过试验台测量驾驶室质心、转动惯量和橡胶衬套刚度等参数,应用Craig-Bampton综合模态法生成柔性体车架,建立驾驶室-车架刚柔耦合多体动力学模型。将试验场强化道路采集的驾驶室气囊悬置位移、加速度作为目标响应信号,进行虚拟迭代得到驾驶室-车架连接处的疲劳载荷谱。(3)基于nCode Design Life分别创建驾驶室结构和焊点的疲劳分析模型。为准确模拟驾驶室满载工况下的疲劳耐久表现,建立含配重加载的全内饰驾驶室有限元模型,通过惯性释放法获取其单位载荷应力场分布结果。结合驾驶室材料的疲劳特性曲线、疲劳载荷谱,采用应变疲劳E-N分析方法,基于Miner线性累积损伤理论进行驾驶室疲劳仿真分析。(4)开展满足疲劳耐久的驾驶室轻量化设计。基于相对灵敏度分析筛选钣件厚度变量,将质量和疲劳损伤值作为优化目标,弯扭刚度以及一阶弯扭模态作为约束条件。采用最优拉丁超立方法进行实验设计,Kriging近似模型拟合以及NSGA-II算法对驾驶室进行多目标优化。通过七轴道路模拟试验台进行疲劳耐久验证,结果表明:经轻量化设计后的驾驶室能够在保证疲劳耐久性能的基础上实现减重。

关键词：道路谱采集有限元多体动力学疲劳耐久性轻量化设计

基于柴油机考核工况的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法

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中北大学学报（自然科学版） 2016年第3期37卷 252-257页

作者：王军郭珍徐宏苏铁熊张自明张翼中北大学机械与动力工程学院山西太原030051 中国北方发动机研究所天津300400

针对曲轴耐久性试验周期长、费用高等问题,提出一种基于柴油机台架考核试验的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法.该方法使用有限元瞬态分析计算获得曲轴在4种主要考核工况下的应力时间历程,按不同工况考核时间比例编制了疲劳载荷谱,根据疲劳... 详细信息

针对曲轴耐久性试验周期长、费用高等问题,提出一种基于柴油机台架考核试验的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法.该方法使用有限元瞬态分析计算获得曲轴在4种主要考核工况下的应力时间历程,按不同工况考核时间比例编制了疲劳载荷谱,根据疲劳损伤累积理论计算出曲轴可持续工作时间,并提出了耐久性评价方法.以某曲轴为例,叙述了模拟试验方法的应用过程.应用结果表明,该方法可以对曲轴考核工况的耐久性进行模拟,也可用于曲轴设计时的疲劳寿命预测.

关键词：柴油机曲轴疲劳耐久性模拟试验

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钢渣表面改性对沥青混合料疲劳耐久性的影响

新型建筑材料 2020年第2期47卷 32-35,44页

作者：曹静内蒙古交通职业技术学院内蒙古赤峰024000

为了提高水和荷载共同作用下钢渣沥青混合料的疲劳耐久性,采用水泥净浆对钢渣表面进行改性,对比研究了改性前后钢渣沥青混合料浸水后的疲劳性能,并通过浸出离子析出测试,分析了表面改性对沥青混合料疲劳耐久性改善的机理。结果表明,经... 详细信息

为了提高水和荷载共同作用下钢渣沥青混合料的疲劳耐久性,采用水泥净浆对钢渣表面进行改性,对比研究了改性前后钢渣沥青混合料浸水后的疲劳性能,并通过浸出离子析出测试,分析了表面改性对沥青混合料疲劳耐久性改善的机理。结果表明,经表面改性后,钢渣的密度、吸水率、压碎值和磨耗值降低,当改性层水灰比为0.3时,各项指标较优;浸水5 d内,钢渣沥青混合料的疲劳寿命比普通沥青混合料延长,而当浸水时间超过5 d时,钢渣沥青混合料的疲劳寿命反而比普通沥青混合料低,相比于普通沥青混合料和未改性钢渣沥青混合料,改性钢渣混合料的疲劳耐久性最佳;相比于未改性钢渣沥青混合料,改性钢渣沥青混合料浸水后析出的Ca2+和Al3+浓度更大,Si4+和Mg2+浓度更小。

关键词：钢渣沥青混合料疲劳耐久性表面改性离子析出

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重载叉车关键部件疲劳耐久性分析

重载叉车关键部件疲劳耐久性分析

作者：丁凯乐广东工业大学

学位级别：硕士

重载叉车是一类非常重要的港口起重设备。它利用伸缩臂实现大范围叉装货物的功能。随着对伸缩臂可覆盖范围和叉装货物载重等需求的提升,对伸缩臂的强度和疲劳寿命也有更高的要求。车架是重载叉车的主要承重部件,其强度和疲劳耐久性也是... 详细信息

重载叉车是一类非常重要的港口起重设备。它利用伸缩臂实现大范围叉装货物的功能。随着对伸缩臂可覆盖范围和叉装货物载重等需求的提升,对伸缩臂的强度和疲劳寿命也有更高的要求。车架是重载叉车的主要承重部件,其强度和疲劳耐久性也是设计中必须考虑的因素。伸缩臂是双向压弯构件,其载荷形式主要是臂节之间的接触载荷。车架与其他部件的连接都是铰接形式。依据伸缩臂和车架的不同载荷种类,应用不同的方法建立动力学模型以及计算应力应变。本文以三一海洋重工的某型伸缩臂叉车为例展开研究,其内容包括:(1)了解重载叉车的组成部件,及部件之间的连接形式,主要为固定、旋转、平面接触等形式。分析伸缩臂和车架的材料及属性,包括伸缩臂材料HG70、车架材料Q345,重量、弹性模量等。伸缩臂的作业工况中水平伸缩产生的力矩最大,车架过凸起路面受到的较大的冲击,因此确定伸缩臂和叉车车架的几种工况进行疲劳分析。(2)伸缩臂有限元模型是模拟实际结构的数值模型,对伸缩臂模型的校验包括接触作用力的仿真计算与理论计算对比以及伸缩臂的仿真应力与试验应力对比。对于伸缩臂的一种带载全伸出工况,应用理论力学方法简化伸缩臂的结构,计算出在该工况下部分接触对的作用力。应用Solidworks和ANSYS建立伸缩臂的有限元模型,分析接触求解的关键要素接触刚度、接触算法等。对伸缩臂上述工况进行计算,获得伸缩臂的接触对作用力、总体变形、应力时间历程等结果。(3)车架的连接铰点和承受载荷的作用点都是固定不变的,在整车过凸起的工况中可以应用模态综合法将车架替换为柔性体并且计算其应力应变。基于ADAMS建立整车多刚体动力学模型,应用模态综合法将车架柔性化,对整车单边过坎工况进行了分析,得到车架应力时间历程等结果。(4)在伸缩臂和叉车车架上实施应力应变测试,试验应力与仿真计算的应力对比分析误差在20%以内,通过试验验证了伸缩臂和叉车车架模型的准确性较高可以用于疲劳耐久性计算。基于二者的动力学模型将不同工况仿真得到的应力时间历程结果导入n Code软件中,结合伸缩臂、车架材料特性计算疲劳耐久性。(5)应用拓扑优化方法对一节臂的重量做了优化,优化后在相同静力模型中最大应力与优化前相差不超过1%,体积减少了10.8%。伸缩臂和叉车车架通过有限元方法计算出危险应力区域,采用不同的方式获取应力时间历程,并基于Miner损伤累积理论计算二者的疲劳寿命。本文的研究工作对这类新型工程产品的设计与研发提供了重要的参考价值。

关键词：重载叉车有限元方法动力学仿真疲劳耐久性结构优化

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基于载荷谱的铝合金客车骨架疲劳耐久性研究

机电技术 2023年第6期 76-80页

作者：高岚漳州市昌龙汽车附件有限公司福建漳州363107

针对采用静力学仿真方法难以准确预测客车疲劳寿命的问题,本研究以实测载荷谱为输入对客车骨架疲劳耐久性进行分析。面向某铝合金客车开展试验场路谱采集,以实测载荷谱为输入,开展多体动力学建模与虚拟迭代分析,获得载荷谱输入文件,结... 详细信息

针对采用静力学仿真方法难以准确预测客车疲劳寿命的问题,本研究以实测载荷谱为输入对客车骨架疲劳耐久性进行分析。面向某铝合金客车开展试验场路谱采集,以实测载荷谱为输入,开展多体动力学建模与虚拟迭代分析,获得载荷谱输入文件,结合材料S-N曲线、Miner线性累积损伤准则和整车应力分布,基于准静态法从时域上对整车结构开展疲劳耐久性计算。结果表明:单循环下车体结构最大损伤和整车结构的最小寿命,可满足新能源汽车的定型规程要求,具有良好的抗疲劳性能。

关键词：铝合金公交车实测载荷谱虚拟迭代准静态法疲劳耐久性

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缝翼操纵齿轮齿条虚拟弯曲疲劳耐久性分析

航空工程进展 2018年第2期9卷 274-280页

作者：郝红武西安航空学院飞行器学院西安710077

飞机缝翼齿轮齿条机构研制时,其齿根弯曲疲劳耐久性要求是结构强度规范的主要内容,实测疲劳分析考虑到运动协调和后期试验验证,设计难度大,研制周期长。在空气动力载荷分析的基础上,采用ANSYS和nCode建立缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲... 详细信息

飞机缝翼齿轮齿条机构研制时,其齿根弯曲疲劳耐久性要求是结构强度规范的主要内容,实测疲劳分析考虑到运动协调和后期试验验证,设计难度大,研制周期长。在空气动力载荷分析的基础上,采用ANSYS和nCode建立缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲劳耐久性分析模型,分析得出不同表面粗糙度因子下的缝翼齿轮齿条机构虚拟弯曲疲劳寿命数据。结果表明:应用虚拟疲劳耐久性分析方法,可以预估出缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲劳耐寿命,确定合适的表面粗糙度参数;可在试验验证前对不符合结构强度规范的设计进行修正,从而得到最佳设计结果的同时,缩短研制周期。

关键词：疲劳耐久性虚拟缝翼齿轮齿条