臺(tái)架的車身疲勞分析

2013-06-20 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

車身結(jié)構(gòu)的耐久性是汽車的重要指標(biāo)之一,對(duì)耐久性的評(píng)估一般是用實(shí)際的樣車進(jìn)行試驗(yàn)室臺(tái)架疲勞試驗(yàn)以及試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)車的可靠性道路試驗(yàn),試驗(yàn)的方法雖然是一種必不可少的可靠的方法,但必須要在樣車完成之后才能進(jìn)行試驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,然后解決問(wèn)題,但這在開(kāi)發(fā)過(guò)程中已經(jīng)滯后,如果問(wèn)題嚴(yán)重,還將帶來(lái)開(kāi)發(fā)周期的延長(zhǎng)和巨額的設(shè)計(jì)變更費(fèi)用,增加開(kāi)發(fā)成本.CAE疲勞分析技術(shù)是在沒(méi)有實(shí)物樣車的土程化設(shè)計(jì)階段,用CAE的方法,在虛擬環(huán)境下,預(yù)測(cè)車身的疲勞性能,盡可能在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)和解決車身可能存在的疲勞問(wèn)題。

本文中的分析方法是采用模擬試驗(yàn)室的方法對(duì)車身進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段的耐久性評(píng)估,主要利用MSC Adams, MC Nastran和MSC Fatigue 3個(gè)軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真,預(yù)測(cè)車身的疲勞耐久性能。

模型

1. 1車身模型

車身模型采用的BIW模型,由碰撞模型直接修改得到。由十在試驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)中,根據(jù)試驗(yàn)工況不同,需要使用BIW或整車進(jìn)行試驗(yàn),所以在CAE分析時(shí),也對(duì)應(yīng)使用BIW和整車兩種模型。在分析中,利用MSC Adams軟件,把作動(dòng)器的載荷轉(zhuǎn)換到底盤與車身的連接點(diǎn)上,因此分析時(shí)不需要加入底盤模型,而整車模型也是通過(guò)在BIW模型上進(jìn)行配重而得到,即在BIW基礎(chǔ)上加入車門、發(fā)動(dòng)機(jī)、座椅、乘員等質(zhì)量單元形成的Trimmed Body模型。為了較好地模擬焊點(diǎn)處的受力及疲勞強(qiáng)度,在該模型中焊點(diǎn)以ACM單元模擬。整車扭轉(zhuǎn)工況使用Trimmed Body模型,其余工況為BIW模型。

    1. 2底盤模型

底盤模型使用MSC Adams建立,用于計(jì)算在試驗(yàn)條件下,在輪心受到作動(dòng)器作用時(shí)一底盤系統(tǒng)施加在車身各安裝點(diǎn)上的作用力譜.

2 分析工況

該疲勞分析模擬車身疲勞臺(tái)架試驗(yàn),臺(tái)架試驗(yàn)共有7個(gè)工況,分別是前懸上下振動(dòng)、后懸上下振動(dòng)、前懸制動(dòng)、后懸制動(dòng)、前懸側(cè)向力、后懸側(cè)向力和整車扭轉(zhuǎn),其中制動(dòng)工況又分向前制動(dòng)、向后制動(dòng).

3 分析方法

3.1分析載荷

該分析中采用Inertial Relief慣性釋放)方法定義模型約束,以模擬車身懸浮在空氣中通過(guò)四個(gè)車輪對(duì)其作用的情況.

車身上共有14個(gè)安裝點(diǎn),每個(gè)安裝點(diǎn)作用Fx,Fy, Fz, Tx, Ty, Tz 6個(gè)分力。在靜力分析中,只需要計(jì)算模型在單位載荷作用下的應(yīng)力分布即可;但在疲勞分析中,則需要根據(jù)不同的加載點(diǎn)、計(jì)算工況,利用 MSC Adams計(jì)算得到相應(yīng)的載荷曲線。

3.2靜力分析

在靜力分析中,需要計(jì)算BIW。模型和TrimmedBody模型在何個(gè)單位載荷下的應(yīng)力分布,由于底盤與車身有14個(gè)連接點(diǎn),因此何個(gè)模型需定義84個(gè)靜力分析工況。由于該模型較大,如果將所有工況集中計(jì)算,會(huì)導(dǎo)致輸出的結(jié)果文件過(guò)大,因此將該模型工況拆分,并輸出.XDB格式結(jié)果文件,該格式文件能在MSC Fatigue中反復(fù)導(dǎo)入.

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在該靜力分析中,由十只考慮材料的線彈性特性,其塑性特性將在疲勞分析中得到修正,因此可采用通用材料屬性.

該靜力計(jì)算的目的是得到單位載荷下的應(yīng)力分布,并作為疲勞計(jì)算的一個(gè)輸入?yún)?shù).

    3.3疲勞分析

    在疲勞分析中,對(duì)應(yīng)不同的工況,如前懸上下振動(dòng),導(dǎo)入相應(yīng)的靜力分析結(jié)果,如前懸8個(gè)安裝點(diǎn)共48個(gè)分力靜力結(jié)果,然后導(dǎo)入該工況下每個(gè)靜力工況對(duì)應(yīng)的疲勞載荷曲線.該載荷曲線由MSCAdams計(jì)算得到。圖2是車身左前TOP-MOUNT安裝點(diǎn)對(duì)底盤的反作用力。

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MSC Fatigue自帶一個(gè)種類較齊全的材料數(shù)據(jù)庫(kù),在沒(méi)有自己的疲勞材料數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下,可以根據(jù)已知的材料彈性模量E和抗拉極限UTS在該數(shù)據(jù)庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)的材料牌號(hào).

疲勞分析的豬要參數(shù)有:

疲勞分析方法:Strain-Life (Crack initiation) Method;

塑性性能修正方法(Plasticity Correction):Neuber;

名義應(yīng)力修正方法(Mean Stress Correction):WT(Smith-Wat son-Topper);

疲勞壽命累計(jì)方法(Life Summation):Miner's rule;

應(yīng)力/應(yīng)變結(jié)果類型(Stress/Strain Combination):Max. Abs.Principal;

表面質(zhì)量/表面處理(Finish/Treatment):None;

強(qiáng)度分析結(jié)果比例因子(Load Magnitude):1.1.

3.4分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)計(jì)算,該白車身在7個(gè)疲勞工況下的疲勞壽命均高于目標(biāo)值。圖3是前懸上下振動(dòng)土況中疲勞壽命云圖,其最低壽命為1. 22E+07次循環(huán).

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4 結(jié)論

利用MSC Adams, MSC Nastran和MSC Fatigue進(jìn)行聯(lián)合疲勞仿真,可以省去在有限兒模型中建立復(fù)雜底盤模型的工作,借助MSC Adams,算出在輪心處施加強(qiáng)制位移時(shí)一車身上14個(gè)懸架安裝點(diǎn)的反作用力,并以此作為車身疲勞計(jì)算的輸入載荷;利用MSC Adams模型,可以避免有限元方法在模擬阻尼器時(shí),在高頻率方面的一些缺陷,使載荷更真實(shí);用軟件方法模擬載荷較為簡(jiǎn)單的臺(tái)架疲勞試驗(yàn),是車身開(kāi)發(fā)中的一種可行的疲勞預(yù)測(cè)方法,在開(kāi)發(fā)中是非常重要的一種方法。

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