乘用車車橋結構設計方法
2023-10-25 04:53:37 2
乘用車車橋結構設計方法
【專利摘要】本發明旨在提供一種乘用車車橋結構設計方法，該設計方法步驟包括：對現有的典型乘用車車橋結構進行有限元建模，對上述模型進行靜力分析與模態響應分析，根據分析結果組合優化得到設計車橋結構模型，並對設計車橋結構模型重複上述有限元分析，同時結合電測試驗、疲勞分析以及疲勞臺架試驗，完成對設計車橋結構模型的全面評估。本發明乘用車車橋結構設計方法通過對典型乘用車車橋結構的組合優化，結合有限元分析、電測試驗以及疲勞臺架試驗，完成乘用車車橋結構的設計，具有步驟簡單、全面性強、可靠性強的特點，為乘用車車橋結構的設計提供理論依據。
【專利說明】乘用車車橋結構設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及車橋結構設計領域，具體涉及一種乘用車車橋結構設計方法。
【背景技術】
[0002]乘用車車橋通過懸架與車架相連，兩端安裝車輪，傳遞車架與車輪之間各方向的作用力及其力矩。隨著我國乘用車的不斷發展，對乘用車車橋的承載能力有了更高的要求，如何避免車橋在實際使用中出現變形、斷裂等情況成為車橋結構研究的重點。在進行新型車橋的結構設計需要大量的資金及時間，因此參照現有技術成熟的典型車橋進行所需車橋結構設計以達到更高的使用要求是十分有必要的。
【發明內容】
[0003]本發明旨在提供一種乘用車車橋結構設計方法，該設計方法克服現有乘用車車橋結構開發成本高，周期長的缺陷，具有步驟簡單、全面性強、可靠性強的特點，為乘用車車橋的設計提供準確理論依據。
[0004]本發明技術方案如下:一種乘用車車橋結構設計方法，包括以下步驟:
A、對目前現有典型車橋結構進行CAE分析；
B、將各典型車橋結構的CAE分析結果進行對比，比較各典型車橋結構上的優缺點，將各個優勢的部分進行組合優化設計，獲得設計車橋結構；對設計車橋結構進行CAE分析，找出其中應力較大的部分；
C、將設計車橋結構製成實體，對其應力較大的部分進行應力應變電測實驗，得出設計車橋結構實體電測實驗結果；
D、對設計車橋結構進行有限元疲勞分析，得出有限元疲勞分析結果；
E、對設計車橋結構實體進行疲勞臺架試驗，得出設計車橋結構實體的疲勞試驗結果；
F、對設計車橋結構的CAE分析結果和有限元疲勞分析結果與電測實驗結果和疲勞實驗結果進行對比分析；若各項數據在質量要求範圍內，則該車橋結構模型滿足質量要求；反之，則對設計車橋進行結構改進。
[0005]所述步驟A具體過程如下:
Al、建立乘用車車橋典型車橋結構模型，並設定附加材料屬性、參數、載荷、約束條件；A2、對各典型車橋結構模型進行在扭轉工況下的有限元靜力分析與有限元模態響應分析，得到各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型。
[0006]所述步驟B具體過程如下:
根據各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型進行組合優化，選取各典型車橋結構模型中的優勢部位進行組合，得到設計車橋結構模型，對設計車橋結構模型重複步驟A的分析處理，得到設計車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型。
[0007]所述步驟C具體過程如下:
Cl、將設計車橋結構製成實體，對車橋結構實體應力較大的部分進行電測實驗，對測點使用砂輪進行打磨，將測點表面油漆打磨掉，露出金屬，並用砂紙進行打磨，使測點表面處更加光滑；
C2、打磨完成後，用沾有丙酮的脫脂棉對測點處進行擦拭，然後在測點處粘貼應變片，過橋，並使用電烙鐵將應變片一過橋一測試電線三者焊接起來；
C3、將測試電線的另一端連接到應變測試儀上，將車橋安裝在臺架試驗臺上，開始測試，對車橋施加正負50mm的強迫位移，採集數據。
[0008]所述步驟D具體過程如下:
導入有限元模型及應力結果，設置車橋扭轉工況疲勞載荷、材料的疲勞特性；進行疲勞分析求解，獲得壽命結果雲圖，從而獲得疲勞實驗結果。
[0009]所述步驟E具體過程如下:
將車橋結構實體安裝在疲勞臺架試驗臺上，模擬車橋扭轉工況，對實體兩端施加正負50_的極限強迫位移，反覆進行多次循環，直到實體發生斷裂破壞，記錄扭轉次數。
[0010]所述步驟F具體過程如下:
綜合分析有限元計算結果、電測試驗、疲勞實驗數據，若設計車橋結構所受最大應力小於材料抗拉強度，扭轉次數在標準範圍內，則該設計車橋結構符合質量要求；若數據不滿足相關要求，則對車橋進行結構改進，所述結構改進包括增加材料厚度、局部採用圓角過渡。
[0011]本發明乘用車車橋結構設計方法通過對現有技術成熟的典型乘用車車橋結構進行有限元建模，得到典型車橋結構模型，並對各典型車橋結構模型在扭轉工況下進行有限元靜力分析與有限元模態響應分析，根據得到的各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型進行組合優化，得到設計車橋結構模型，並對設計車橋結構模型再次進行扭轉工況下進行有限元靜力分析與有限元模態響應分析，並進行有限元疲勞分析，同時將應力雲圖的應力較大區域作為電測區域對車橋結構模型實體進行極限工況下的電測試驗與疲勞臺架試驗，最後綜合評估分析該車橋結構模型是否滿足質量要求，評估的標準範圍可根據行業標準或是企業要求自行設定。
[0012]設計車橋結構以多個技術成熟典型乘用車車橋結構為參照設計得出，綜合了各典型結構的優勢部分，使得設計的車橋性能更優良、更全面；將靜力分析與模態響應分析結合，不僅考慮了車橋所受到的各方向的作用力與力矩的作用，同時還考慮了車橋受到路面不平度所帶來的隨機激振的作用，確保車橋應力達標的同時，車橋的固有頻率也能避開行駛過程中的激振頻率，避免共振的發生；電測試驗、疲勞臺架試驗以及有限元疲勞分析的作用在於檢測評估車架結構在極限條件下的應力情況以及疲勞強度，保證車橋結構在長時間工作情況下具有較高的安全性能。
[0013]綜上所述，乘用車車橋結構設計方法通過以典型乘用車車橋結構為參照進行設計，結合有限元分析、電測試驗以及疲勞臺架試驗，完成乘用車車橋結構的設計，具有步驟簡單、全面性強、可靠性強的特點，為乘用車車橋結構的設計提供理論依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明乘用車車橋結構設計方法流程圖。
【具體實施方式】[0015]下面結合實施例進一步說明本發明。
[0016]實施例1
本實施例乘用車車橋結構設計方法步驟如下:
Al、建立乘用車車橋典型車橋結構模型，並設定附加材料屬性、參數、載荷、約束條件；A2、對各典型車橋結構模型進行在扭轉工況下的有限元靜力分析與有限元模態響應分析，得到各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型；
B、根據各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型進行組合優化，選取各典型車橋結構模型中的優勢部位進行組合，得到設計車橋結構模型，對設計車橋結構模型重複步驟A的分析處理，得到設計車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型；
Cl、將設計車橋結構製成實體，對車橋結構實體應力較大的部分即測點使用砂輪進行打磨，將測點表面油漆打磨掉，露出金屬，並用砂紙進行打磨，使測點表面處更加光滑；
C2、打磨完成後，用沾有丙酮的脫脂棉對測點處進行擦拭，然後在測點處粘貼應變片，過橋，並使用電烙鐵將應變片一過橋一測試電線三者焊接起來；
C3、將測試電線的另一端連接到應變測試儀上，將車橋安裝在臺架試驗臺上，開始測試，對車橋施加正負50mm的強迫位移，採集數據；
D、導入有限元模型及應力結果，設置車橋扭轉工況疲勞載荷、材料的疲勞特性；進行疲勞分析求解，獲得壽命結果雲圖，從而獲得疲勞實驗結果；
E、將車橋結構實體安裝在疲勞臺架試驗臺上，模擬車橋扭轉工況，對實體兩端施加正負50_的極限強迫位移，反覆進行多次循環，直到實體發生斷裂破壞，記錄扭轉次數；
F、綜合分析有限元計算結果、電測試驗、疲勞實驗數據，若設計車橋結構所受最大應力小於材料抗拉強度，扭轉次數在標準範圍內，則該設計車橋結構符合質量要求；若數據不滿足相關要求，則對車橋進行結構改進，所述結構改進包括增加材料厚度、局部採用圓角過渡。
[0017]下面結合實施例具體說明本發明乘用車車橋結構設計方法:
1、利用UG建立4種典型乘用車典型車橋結構模型；
2、利用Hypermesh導入各參考模型，並劃分網格，網格大小為5mm;並對網格質量進行
檢查；
3、對參考模型進行模擬焊接與螺栓連接；
4、對附加材料屬性進行設定:各車橋所用材料為20號鋼，其出廠狀態下的屈服應力為220Mpa，最小抗拉強度為360Mpa，彈性模量2.1 X IO5Mpa,泊松比為0.3，密度為7.8g/cm3,命名為Ml ；
5、建立屬性組:在properties 中，type 選擇 2D, card image 選擇 PSHELL, materials選擇所建的材料M1，在編輯中下的T中輸入車橋各部件的厚度值；
6、模型修正:在tool的子單元中，應用faces和normals檢查有限元模型是否存在重複面以及法線是否一致，對出現的不一致情況進行修正；
7、施加邊界條件及載荷分布
約束套筒X，1，z方向平動自由度，約束彈簧上方所有自由度，兩端分別施加正負各50mm的強迫位移,建立車橋扭轉工況；
8、有限元靜力分析:利用上述步驟建立的各典型車橋結構模型，分別進行有限元靜力分析，得到各典型車橋結構模型的應力雲圖；
9、模態響應分析:利用上述步驟建立的各典型車橋結構模型，分別進行模態響應分析，得到各典型車橋結構模型的模態參數即固有頻率和振型，；
10、根據各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型進行組合設計，即選取各典型車橋結構模型中的優勢部位進行組合，得到設計車橋結構模型；
11、對設計車橋結構模型進行步驟7、的有限元分析，得到設計車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型；
12、將設計車橋結構模型的應力雲圖的應力較大區域定為電測區域，對電測區域的測點使用砂輪進行打磨，將應力較大的部分的表面油漆打磨掉，露出金屬，並用砂紙進行打磨，使測點表面處更加光滑；打磨完成後，用沾有丙酮的脫脂棉對測點處進行擦拭，然後在測點處粘貼應變片，過橋，並使用電烙鐵將應變片一過橋一測試電線三者焊接起來；將測試電線的另一端連接到應變測試儀上，將車橋安裝在臺架試驗臺上，開始測試，對車橋施加正負50mm的強迫位移，採集數據；
13、將設計車橋結構模型導入軟體Patran，利用其疲勞模塊對設計車橋結構模型進行疲勞分析，設置材料疲勞參數，其中最小抗拉強度為360Mpa，彈性模量2.1 X IO5Mpa,設置載荷的時間歷程為幅值為I的正弦曲線，求解得到壽命結果雲圖；
14、將車橋結構模型實體安裝於臺架上，對實體兩端施加正負50mm的強迫位移，直到車橋發生斷裂破壞，記錄扭轉次數；
15、綜合分析有限元計算結果、電測試驗、疲勞實驗數據，設計車橋結構所受最大應力小於材料抗拉強度，扭轉次數在標準範圍內，該設計車橋結構符合質量要求。
【權利要求】
1.一種乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於包括以下步驟: A、對目前現有典型車橋結構進行CAE分析； B、將各典型車橋結構的CAE分析結果進行對比，比較各典型車橋結構上的優缺點，將各個優勢的部分進行組合優化設計，獲得設計車橋結構；對設計車橋結構進行CAE分析，找出其中應力較大的部分； C、將設計車橋結構製成實體，對其應力較大的部分進行應力應變電測實驗，得出設計車橋結構實體電測實驗結果； D、對設計車橋結構進行有限元疲勞分析，得出有限元疲勞分析結果； E、對設計車橋結構實體進行疲勞臺架試驗，得出設計車橋結構實體的疲勞試驗結果； F、對設計車橋結構的CAE分析結果和有限元疲勞分析結果與電測實驗結果和疲勞實驗結果進行對比分析；若各項數據在質量要求範圍內，則該車橋結構模型滿足質量要求；反之，則對設計車橋進行結構改進。
2.如權利要求1所述的乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於: 所述步驟A具體過程如下: Al、建立乘用車車橋典型車橋結構模型，並設定附加材料屬性、參數、載荷、約束條件；A2、對各典型車橋結構模型進行在扭轉工況下的有限元靜力分析與有限元模態響應分析，得到各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型。
3.如權利要求1所述的乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於: 所述步驟B具體過程如下: 根據各典型車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型進行組合優化，選取各典型車橋結構模型中的優勢部位進行組合，得到設計車橋結構模型，對設計車橋結構模型重複步驟A的分析處理，得到設計車橋結構模型的應力雲圖、固有頻率和振型。
4.如權利要求1所述的乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於: 所述步驟C具體過程如下: Cl、將設計車橋結構製成實體，對車橋結構實體應力較大的部分進行電測實驗，對測點使用砂輪進行打磨，將測點表面油漆打磨掉，露出金屬，並用砂紙進行打磨，使測點表面處更加光滑； C2、打磨完成後，用沾有丙酮的脫脂棉對測點處進行擦拭，然後在測點處粘貼應變片，過橋，並使用電烙鐵將應變片一過橋一測試電線三者焊接起來； C3、將測試電線的另一端連接到應變測試儀上，將車橋安裝在臺架試驗臺上，開始測試，對車橋施加正負50mm的強迫位移，採集數據。
5.如權利要求1所述的乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於: 所述步驟D具體過程如下: 導入有限元模型及應力結果，設置車橋扭轉工況疲勞載荷、材料的疲勞特性；進行疲勞分析求解，獲得壽命結果雲圖，從而獲得疲勞實驗結果。
6.如權利要求1所述的乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於: 所述步驟E具體過程如下: 將車橋結構實體安裝在疲勞臺架試驗臺上，模擬車橋扭轉工況，對實體兩端施加正負50_的極限強迫位移，反覆進 行多次循環，直到實體發生斷裂破壞，記錄扭轉次數。
7.如權利要求1所述的乘用車車橋結構設計方法，其特徵在於: 所述步驟F具體過程如下: 綜合分析有限元計算結果、電測試驗、疲勞實驗數據，若設計車橋結構所受最大應力小於材料抗拉強度，扭轉次數在標準範圍內，則該設計車橋結構符合質量要求；若數據不滿足相關要求，則對車橋進行結構改進，所述結構改進包括增加材料厚度、局部採用圓角。
【文檔編號】G06F17/50GK103761364SQ201310732045
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】尹輝俊, 李峰, 莫翔明, 劉媛媛, 孫釗, 王新宇 申請人:廣西科技大學, 柳州福臻車體實業有限公司, 尹輝俊, 莫翔明