臺架的車身疲勞分析

2013-06-20 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

車身結構的耐久性是汽車的重要指標之一,對耐久性的評估一般是用實際的樣車進行試驗室臺架疲勞試驗以及試驗場進行實車的可靠性道路試驗,試驗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行試驗并發現問題,然后解決問題,但這在開發過程中已經滯后,如果問題嚴重,還將帶來開發周期的延長和巨額的設計變更費用,增加開發成本.CAE疲勞分析技術是在沒有實物樣車的土程化設計階段,用CAE的方法,在虛擬環境下,預測車身的疲勞性能,盡可能在設計階段預測和解決車身可能存在的疲勞問題。

本文中的分析方法是采用模擬試驗室的方法對車身進行開發設計階段的耐久性評估,主要利用MSC Adams, MC Nastran和MSC Fatigue 3個軟件進行聯合仿真,預測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。由十在試驗室臺架試驗中,根據試驗工況不同,需要使用BIW或整車進行試驗,所以在CAE分析時,也對應使用BIW和整車兩種模型。在分析中,利用MSC Adams軟件,把作動器的載荷轉換到底盤與車身的連接點上,因此分析時不需要加入底盤模型,而整車模型也是通過在BIW模型上進行配重而得到,即在BIW基礎上加入車門、發動機、座椅、乘員等質量單元形成的Trimmed Body模型。為了較好地模擬焊點處的受力及疲勞強度,在該模型中焊點以ACM單元模擬。整車扭轉工況使用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,用于計算在試驗條件下,在輪心受到作動器作用時一底盤系統施加在車身各安裝點上的作用力譜.

2 分析工況

該疲勞分析模擬車身疲勞臺架試驗,臺架試驗共有7個工況,分別是前懸上下振動、后懸上下振動、前懸制動、后懸制動、前懸側向力、后懸側向力和整車扭轉,其中制動工況又分向前制動、向后制動.

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四個車輪對其作用的情況.

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

3.2靜力分析

在靜力分析中,需要計算BIW。模型和TrimmedBody模型在何個單位載荷下的應力分布,由于底盤與車身有14個連接點,因此何個模型需定義84個靜力分析工況。由于該模型較大,如果將所有工況集中計算,會導致輸出的結果文件過大,因此將該模型工況拆分,并輸出.XDB格式結果文件,該格式文件能在MSC Fatigue中反復導入.

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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.

該靜力計算的目的是得到單位載荷下的應力分布,并作為疲勞計算的一個輸入參數.

    3.3疲勞分析

    在疲勞分析中,對應不同的工況,如前懸上下振動,導入相應的靜力分析結果,如前懸8個安裝點共48個分力靜力結果,然后導入該工況下每個靜力工況對應的疲勞載荷曲線.該載荷曲線由MSCAdams計算得到。圖2是車身左前TOP-MOUNT安裝點對底盤的反作用力。

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MSC Fatigue自帶一個種類較齊全的材料數據庫,在沒有自己的疲勞材料數據庫的情況下,可以根據已知的材料彈性模量E和抗拉極限UTS在該數據庫中找到對應的材料牌號.

疲勞分析的豬要參數有:

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

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

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

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

應力/應變結果類型(Stress/Strain Combination):Max. Abs.Principal;

表面質量/表面處理(Finish/Treatment):None;

強度分析結果比例因子(Load Magnitude):1.1.

3.4分析結果

經過計算,該白車身在7個疲勞工況下的疲勞壽命均高于目標值。圖3是前懸上下振動土況中疲勞壽命云圖,其最低壽命為1. 22E+07次循環.

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4 結論

利用MSC Adams, MSC Nastran和MSC Fatigue進行聯合疲勞仿真,可以省去在有限兒模型中建立復雜底盤模型的工作,借助MSC Adams,算出在輪心處施加強制位移時一車身上14個懸架安裝點的反作用力,并以此作為車身疲勞計算的輸入載荷;利用MSC Adams模型,可以避免有限元方法在模擬阻尼器時,在高頻率方面的一些缺陷,使載荷更真實;用軟件方法模擬載荷較為簡單的臺架疲勞試驗,是車身開發中的一種可行的疲勞預測方法,在開發中是非常重要的一種方法。

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