[發明專利]一種基于疲勞壽命的彈性元件結構優化設計方法

有效

• 申請號: 201710684705.3
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN109388833B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 呂兆平;李聰;楊玉玲;吳川永;楊曉
• 申請（專利權）人: 上汽通用五菱汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/04
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 盧業強

本發明公開一種基于疲勞壽命的彈性元件結構優化設計方法。所述方法包括：利用計算機輔助工程軟件建立待優化彈性元件的不同結構的有限元網格模型；將所述有限元網格模型導入有限元計算軟件，提取每個結構的等效應力云圖，獲得等效應力的最大值，計算待優化彈性元件的每個結構的疲勞壽命；求待優化彈性元件的不同結構的疲勞壽命的最大值，并與所述彈性元件的已應用成熟結構的疲勞壽命進行比較，確定疲勞壽命最高的結構為所述彈性元件的最優結構。本發明實現了彈性元件結構設計階段的優化設計，縮短了產品的開發周期，降低了研發成本。

技術領域

本發明涉及彈性元件結構強度技術領域，具體涉及一種基于疲勞壽命的彈性元件結構優化設計方法。

背景技術

彈性元件是指由粘彈性材料和骨架粘接硫化而成的總成件。彈性材料起到支撐緩沖作用，粘性材料起到吸收振動能量的作用。彈性元件在工作中具有兩種基本效應：彈性效應和非彈性效應。所謂彈性效應是指彈性元件的變形僅僅是由于受載荷的影響所表現出來的性質，其具體參數為體現載荷和變形的剛度和靈敏度。而非彈性效應是指彈性元件的變形受其他因素，如時間、溫度、材料性質等的影響所表現出來的性質，如彈性滯后、彈性后效和松弛等、溫度變化能使彈性元件的彈性模量和幾何尺寸產生變化。疲勞壽命是評價彈性元件結構強度的一個重要指標。彈性元件的疲勞壽命為彈性元件完全發生疲勞斷裂時所需要的載荷循環次數。

對于不同的彈性元件結構，從外觀上很難判斷哪種結構耐久性好。圖1是一個彈性元件的三種不同結構的幾何模型圖，三種結構僅僅是限位長度或者圓角有差異，用常規的方法很難判斷哪種結構最優。在彈性元件的結構設計階段，一般是通過比較不同結構的彈性元件的疲勞壽命確定最優的結構設計方案。現有技術中，彈性元件的疲勞壽命一般只能通過臺架疲勞試驗或者整車道路耐久試驗進行驗證，存在周期長、成本高等缺陷。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種基于疲勞壽命的彈性元件結構優化設計方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種基于疲勞壽命的彈性元件結構優化設計方法，包括以下步驟：

利用計算機輔助工程軟件建立待優化彈性元件的不同結構的有限元網格模型；

利用有限元計算軟件計算疲勞壽命：將所述有限元網格模型導入有限元計算軟件，提取每個結構的等效應力云圖，獲得每個結構的等效應力的最大值，計算待優化彈性元件的每個結構的疲勞壽命；

求待優化彈性元件的不同結構的疲勞壽命的最大值，并與所述彈性元件的已應用成熟結構的疲勞壽命進行比較，確定疲勞壽命最高的結構為所述彈性元件的最優結構。

進一步地，所述待優化彈性元件的不同結構的數量大于1。

進一步地，所述計算機輔助工程軟件為Hypermesh軟件，所述利用計算機輔助工程軟件建立待優化彈性元件的不同結構的有限元網格模型，具體包括：

導入模型及預處理：將待優化彈性元件的不同結構的幾何模型導入Hypermesh中，清除所述三維幾何模型中對疲勞強度計算影響不大的圓角和小孔，對于相近的線條和對形狀特征影響不大的線條進行隱藏處理；

設置單元尺寸及類型：選擇單元尺寸大小為2mm的六面體網格；

建立有限元網格模型：將導入的模型分割成若干小實體模型，在每個小實體模型的表面劃分四邊形網格，再投射到整個實體得到六面體實體網格有限元模型。在尖角處采用楔形單元過渡。

進一步地，所述有限元計算軟件為ABAQUS軟件，所述利用有限元計算軟件計算疲勞壽命，具體包括：

將建立的有限元網格模型導入ABAQUS軟件；