[發(fā)明專利]汽車車身結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810202307.4
• 申請(qǐng)日: 2008-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN101393079A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱平;孟瑾;胡志剛;郭永進(jìn);李志敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M17/007
• 分類號(hào): G01M17/007
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種汽車車身結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代汽車研發(fā)和制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車產(chǎn)品向著高速、輕量化方向發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu)的疲勞耐久性問題日益突出。如何在保證車輛安全、舒適、節(jié)能環(huán)保的前提下設(shè)計(jì)出能夠滿足耐久性要求的車輛是當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)在承受遠(yuǎn)低于靜載破壞強(qiáng)度的動(dòng)載荷作用下發(fā)生的失效破壞就是疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)破壞中，因交變載荷引起疲勞破壞的事故占機(jī)械結(jié)構(gòu)失效破壞總數(shù)的95％，因此在汽車設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命，尋找薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行強(qiáng)化具有非常高的現(xiàn)實(shí)意義。車身是汽車的重要組成部分，起著承受載荷、保障乘員安全、提高乘員舒適性的重要作用。車身受到經(jīng)由輪胎-懸架傳遞的地面激勵(lì)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變隨著時(shí)間發(fā)生不規(guī)則的復(fù)雜變化。現(xiàn)代汽車疲勞壽命預(yù)測(cè)主要方法：一種是實(shí)車試驗(yàn)，制造樣車在強(qiáng)化路面上進(jìn)行耐久性試驗(yàn)或進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，這種方法得到的能夠得到精確的結(jié)果，但是存在成本高，周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，此外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題可能是單個(gè)車體存在的問題，不一定能代表設(shè)計(jì)的共性；另一種方法是進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，建立整車虛擬模型進(jìn)行疲勞壽命仿真分析，這種方法成本較低，周期短，可以在汽車的設(shè)計(jì)階段同時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中存在的多種缺陷，但由于汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車身結(jié)構(gòu)承受的外界激勵(lì)難于準(zhǔn)確測(cè)量，加之傳統(tǒng)的疲勞分析理論的缺陷，無法精確預(yù)測(cè)缺陷部位的疲勞壽命。為了解決虛擬試驗(yàn)中存在的問題，引入多體動(dòng)力學(xué)理論建立包含車身和底盤、完備的汽車系統(tǒng)多體模型，提取汽車行駛過程中車身與底盤之間所有載荷傳遞通道的動(dòng)載荷歷程，通過車身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析和疲勞壽命S-N(應(yīng)力振幅-循環(huán)壽命)仿真方法尋找疲勞壽命低的危險(xiǎn)位置，最后針對(duì)“雙軸性”嚴(yán)重的危險(xiǎn)位置所在的零件采用多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)技術(shù)精確預(yù)測(cè)其疲勞壽命。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，繆炳榮、張衛(wèi)華等在《鐵道學(xué)報(bào)》2007年第4期上發(fā)表《基于多體動(dòng)力學(xué)和有限元方法的車體結(jié)構(gòu)疲勞壽命仿真》，該文中對(duì)機(jī)車車體在軌道行駛過程中的振動(dòng)傳遞路徑及疲勞壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行分析，通過多體仿真技術(shù)獲得車體結(jié)構(gòu)動(dòng)載荷歷程，進(jìn)而采用考慮安全因子的S-N方法進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)。該文在獲得車體動(dòng)載荷歷程后，由于采用準(zhǔn)靜態(tài)的方法計(jì)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力，約束位置會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中。另外，沒有考慮平均應(yīng)力的影響，會(huì)造成疲勞壽命預(yù)測(cè)值偏差較大；此外，在疲勞壽命預(yù)測(cè)時(shí)，對(duì)于兩向主應(yīng)力呈非比例狀態(tài)的危險(xiǎn)位置，沒有進(jìn)行“雙軸性”分析，采用的是傳統(tǒng)的S-N方法，因此不能精確預(yù)測(cè)其疲勞壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種汽車車身結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，使其準(zhǔn)確描述路面激勵(lì)在輪胎-懸架-車身傳遞路徑中的傳遞過程，尋找車身疲勞壽命低的危險(xiǎn)位置，并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)危險(xiǎn)位置所在零件的疲勞壽命。該方法從工程實(shí)際出發(fā)，在顯著降低車身疲勞設(shè)計(jì)需要的周期和成本的前提下提高車身結(jié)構(gòu)疲勞壽命的預(yù)測(cè)精度，有助于進(jìn)行設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明包括：路譜擬合模塊、車身載荷譜采集模塊、車身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析模塊、車身低疲勞壽命危險(xiǎn)位置辨識(shí)模塊、車身結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)模塊，其中：

路譜擬合模塊根據(jù)同級(jí)別路面的速度功率譜在頻域范圍內(nèi)為常數(shù)的特點(diǎn)和國(guó)標(biāo)車輛振動(dòng)輸入-路面平度表示方法建立適合多種級(jí)別路面的路譜，然后根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地試驗(yàn)路面組成情況生成組合路譜，并將組合路譜發(fā)送給車身載荷譜采集模塊；

車身載荷譜采集模塊根據(jù)模態(tài)綜合法和多體動(dòng)力學(xué)原理，建立由輪胎、懸架和車身等組成的剛?cè)岫囿w耦合系統(tǒng)，通過在組合路譜激勵(lì)下的虛擬臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量車身在與懸架連接的位置承受的動(dòng)載荷歷程，并將動(dòng)載荷歷程傳輸給車身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析模塊；

車身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析模塊通過建立車身有限元模型和測(cè)得的車身承受的動(dòng)載荷歷程，采用有限元分析方法結(jié)合慣性釋放技術(shù)獲得分別由重力產(chǎn)生的靜態(tài)載荷和路面激勵(lì)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷造成的車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并將兩種車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳輸給車身低疲勞壽命危險(xiǎn)位置辨識(shí)模塊；

車身低疲勞壽命危險(xiǎn)位置辨識(shí)模塊使用獲得的車身在重力產(chǎn)生的靜態(tài)載荷和路面激勵(lì)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷下的車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)，采用單軸應(yīng)力狀態(tài)假設(shè)的S-N(應(yīng)力振幅-循環(huán)壽命)方法，尋找車身低壽命的零件位置作為危險(xiǎn)位置，并對(duì)危險(xiǎn)位置進(jìn)行“雙軸性”分析，分析動(dòng)態(tài)載荷作用下車身板殼平面內(nèi)的兩向主應(yīng)力幅值及相位隨時(shí)間變化信息，對(duì)于主應(yīng)力幅值和相位隨時(shí)間變化不規(guī)則的節(jié)點(diǎn)，將該危險(xiǎn)位置輸入車身結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)模塊進(jìn)行精確疲勞壽命預(yù)測(cè)，對(duì)于變化規(guī)則的節(jié)點(diǎn)，直接采用S-N方法預(yù)測(cè)疲勞壽命；