汽車零配件質(zhì)量分析報(bào)告：汽車車輪擋泥板系統(tǒng)的疲勞壽命分析
發(fā)布時(shí)間：2021-09-05 來源：中國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量報(bào)告 瀏覽量：31750
汽車車輪擋泥板系統(tǒng)的疲勞壽命分析
前言：作為一種工業(yè)產(chǎn)品，汽車有著一定的使用壽命，包括車身結(jié)構(gòu)和各類零部件，也都有著使用壽命。這是一篇由東風(fēng)商用車技術(shù)中心的專家撰寫的專業(yè)文章，題為“基于功率譜密度的擋泥板振動(dòng)疲勞分析”，主要介紹了根據(jù)一定的科學(xué)方法，對(duì)于某車型前輪擋泥板系統(tǒng)的疲勞壽命作出計(jì)算，從而為新車設(shè)計(jì)和汽車使用及維修提供依據(jù)。因?yàn)樵膶I(yè)術(shù)語較多，所以本刊編輯部基于專家提出的原理，對(duì)于這篇專業(yè)文章作出簡(jiǎn)要解讀，盡可能通俗化。
本文作者指出，近年來，商用汽車底盤附件出現(xiàn)的破壞問題日益突出，而這種破壞大多由車體振動(dòng)引起。在汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，利用一種被稱作“有限元仿真”的分析方法，可以解決汽車底盤附件的破壞問題，能夠在新車設(shè)計(jì)階段就考慮產(chǎn)品的耐久性與可靠性，具有重要的意義。
表1 整車模態(tài)與簡(jiǎn)化模型模態(tài)對(duì)比
| 模態(tài) |
整車頻率HZ |
簡(jiǎn)化型頻模率HZ |
誤差（%） |
| 第一階 |
25.28 |
28.07 |
11.0 |
| 第二階 |
29.28 |
28.43 |
-2.9 |
| 第三階 |
44.15 |
44.37 |
0.498 |
| 第四階 |
80.05 |
76.89 |
-3.9 |
那么，如何檢測(cè)汽車車身金屬結(jié)構(gòu)在不同重量的載荷作用下，所發(fā)生的疲勞破壞程度呢？專家為此提出了幾種方法，并做了比較。在這篇文章里，作者用專業(yè)語言對(duì)此作了這樣的說明：“疲勞計(jì)算的理論基礎(chǔ)是獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)各點(diǎn)在激勵(lì)載荷下的應(yīng)力和應(yīng)變歷程。采用有限元仿真分析方法計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變歷程的方法有準(zhǔn)靜態(tài)法、頻率法、直接瞬態(tài)法和模態(tài)疊加法，這四種方法都能夠獲取結(jié)構(gòu)在激勵(lì)載荷下的應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)，但四種方法的適用范圍不同。當(dāng)激勵(lì)載荷的頻率遠(yuǎn)小于所分析結(jié)構(gòu)的自然頻率時(shí)，結(jié)構(gòu)不具有動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，為非振動(dòng)疲勞，多通道通過線性疊加的方法應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)法求解。反之，如果加載頻率接近結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)，結(jié)構(gòu)具有動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，為振動(dòng)疲勞，應(yīng)選擇頻率法、直接瞬態(tài)法和模態(tài)疊加法求解”。
作者認(rèn)為，比較各種檢測(cè)方法，有著各自的局限性，作者在文章里舉例說：“直接瞬態(tài)法無法求解較長(zhǎng)時(shí)間域或較大模型的疲勞問題，故頻率法與模態(tài)疊加法的研究具有重要的意義。”
當(dāng)然，越是科學(xué)的檢測(cè)方法，就越可以提高檢測(cè)精度。作者基于“功率譜密度”、“頻率法”等技術(shù)手段，選取某商用車車型為對(duì)象做試驗(yàn)，目標(biāo)是計(jì)算出這輛車前輪擋泥板系統(tǒng)的疲勞壽命。作者在實(shí)際操作中，以“模態(tài)疊加方法”計(jì)算得到的疲勞壽命結(jié)果為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)“頻率法”中的“概率密度函數(shù)”進(jìn)行對(duì)比研究，從而得到最優(yōu)的頻率疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。
作者在所選車型的前輪擋泥板疲勞預(yù)測(cè)過程中，按照工作步驟，一步步取得了進(jìn)展。對(duì)此，作者在文章里寫到：“建立有限元模型，基于功率譜密度形式的載荷譜，采用傳遞函數(shù)法進(jìn)行振動(dòng)疲勞壽命分析。為盡量節(jié)省計(jì)算資源，減少計(jì)算時(shí)間，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化模型僅包括前輪擋泥板系統(tǒng)和局部車架模型。為確保選取的有限元計(jì)算模型可以得到較精確的疲勞仿真結(jié)果，對(duì)整車模型與簡(jiǎn)化模型分別進(jìn)行模態(tài)分析并對(duì)比，不斷調(diào)整簡(jiǎn)化模型各參數(shù)，直到1～100HZ內(nèi)的模態(tài)均對(duì)標(biāo)良好”。
表2 不同概率密度函數(shù)方法對(duì)比
| |
破壞部位 |
壽命（KM） |
| 窄帶法 |
節(jié)點(diǎn)17392 |
1495.56 |
| Dirlik 法 |
節(jié)點(diǎn)17392 |
29911.11 |
| Lalanne法 |
節(jié)點(diǎn)17392 |
6432.78 |
| Steinberg法 |
節(jié)點(diǎn)17392 |
2719.19 |
通過實(shí)踐，作者對(duì)汽車金屬疲勞的研究，積累了更多的經(jīng)驗(yàn)。作者在文章里寫到：“可知，危險(xiǎn)區(qū)域在擋泥板彎管靠近支架焊接處。兩種仿真方法得到的疲勞壽命與道路試驗(yàn)壽命對(duì)比，可知模態(tài)疊加方法得到的仿真壽命與實(shí)際道路試驗(yàn)壽命相差不大。分析得到的破壞部位與模態(tài)疊加法的部位一致，壽命結(jié)果與模態(tài)疊加法結(jié)果的誤差在可接受范圍內(nèi)，但其計(jì)算時(shí)間比模態(tài)疊加法減少60%以上，故PSD方法（功率譜密度函數(shù)）計(jì)算汽車底盤附件的疲勞壽命是可行的且效率較高的，且PSD方法適用于較大規(guī)模的有限元模型或較長(zhǎng)時(shí)間域（用戶路面）的振動(dòng)疲勞計(jì)算”。
表3 PSD與模態(tài)疊加法壽命對(duì)比
| 方法 |
破壞位置 |
壽命（KM） |
| PSD |
節(jié)點(diǎn)17392 |
29911.11 |
| 模態(tài)疊加 |
節(jié)點(diǎn)17392 |
13045.8 |
表4 PSD與模態(tài)疊加法計(jì)算資源對(duì)比
| 方法 |
分析時(shí)長(zhǎng)（min） |
占用內(nèi)存（MB） |
| PSD |
740 |
606.58 |
| 模態(tài)疊加 |
2030 |
141.14 |
對(duì)于以上的專業(yè)文字的含義，可以這樣理解：當(dāng)今，中國(guó)的汽車企業(yè)，已經(jīng)掌握了先進(jìn)有效的數(shù)理科學(xué)計(jì)算手段，對(duì)于預(yù)測(cè)汽車零部件的使用壽命，已經(jīng)取得了可觀的成績(jī)，無論是在試驗(yàn)場(chǎng)，還是在實(shí)際行駛道路上。所獲得的的數(shù)據(jù)，對(duì)于提高汽車制造水平，向國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)看齊，有著很大的價(jià)值。
