车辆典型结构疲劳寿命仿真预测(附件)
随着对车辆的使用寿命要求的提高，需要利用仿真来提高车辆的寿命，而驱动桥壳是许多重要的零部件的承载装置，因此研究驱动桥壳的疲劳寿命很重要。本文就是根据所研究的驱动桥壳的结构和工作特性，建立了驱动桥壳的三维模型。根据实际的使用情况，分析出典型的三种工况，并利用软件对模型进行有限元分析。然后运用疲劳寿命仿真技术，利用软件得到损伤云图以及疲劳寿命云图，分析驱动桥壳的疲劳寿命规律、寿命值以及危险部位。最后得出本文研究的驱动桥壳的危险部位在半轴套管处，并得出损伤值和寿命值。关键词 驱动桥壳，疲劳寿命，有限元模型，仿真
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究意义 2
1.4 课题研究内容 3
2 驱动桥壳有限元模型的建立 3
2.1 有限元法 3
2.2 ANSYS Workbench软件简介 4
2.3 驱动桥壳模型的建立 4
2.4 网格的划分 5
3 驱动桥壳有限元静力学分析 6
3.1 三种工况的载荷计算 6
3.2 三种工况的有限元结果 8
4 驱动桥壳疲劳寿命分析 10
4.1 疲劳寿命的计算 10
4.2 nCode DesignLife软件介绍 14
4.3 疲劳寿命分析流程的建立 15
4.4 疲劳寿命分析流程的结果 17
4.5 确定损伤热点 19
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 课题研究背景
中国的汽车产业是从1953年开始的，到目前为止，已经算是我国的重要产业之一。虽然我国汽车产业发展较好，但是现在仍然不能够称为汽车工业强国，这主要是因为我国自主品牌的市场占有率和市场竞争力的影响。那么如果想让我国的汽车产业具有竞争力，就要发展我们的自主品牌，但由于近期汽车市场的变化，汽车品牌的发展将面临严峻的考验。根据调查，发现我国近期的自主品牌汽车销售量的增长较为缓慢严重时竟然出现了负向 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
增长，主要原因是汽车消费者对购买的汽车的疲劳性能和使用寿命的长短的要求也有所提高。根据在国际上较为权威的汽车质量的调查机构的调查可知：大部分的汽车消费者都越来越重视汽车的疲劳性能。
从各种研究可以看出，不管是已经趋于成熟的欧美的汽车市场，还是我国新近发展的汽车市场，消费者们都十分重视汽车的质量以及疲劳性能。车辆的各个零部件的疲劳寿命问题关乎于车辆的可靠性以及安全性。驱动桥壳是差速器以及主减速器等的装配壳体，同时又要承受和传递反力以及反力矩，具有支承车辆荷重的作用。为了保证各个齿轮正常工作，驱动桥壳必须达到目前所规定的刚度和强度。在进行设计的时候还应该让桥壳达到规定的应力以及变形标准，这是为了确保其在工作时的安全性以及可靠性。
根据以前的数据，可以得出结论，机械和工程结构故障的主要原因是疲劳故障。由此可知，现在企业会侧重那些承受交变载荷的结构的疲劳寿命分析。汽车驱动桥壳在车辆行驶时，必须承受各种交变载荷。容易产生微裂纹并扩展成为宏观裂纹，导致失效，所以对车辆驱动桥壳的分析很重要。
1.2 国内外研究状况
1.2.1 国外研究状况
汽车疲劳寿命研究最早是从德国开始的，一位来自德国的著名的设计师奥格斯特维勒第一次尝试对疲劳寿命问题进行系统的科学的研究，并且提出了SN疲劳曲线，至今该曲线在疲劳分析中仍然很有价值[1]。Subramanyam的观点是，预测出汽车的性能的最好的方法，是在汽车力学分析的基础上，用CAE技术进行预测[2]。Agrawal主张把电脑技术作为主要核心，来进行车辆的仿真预测。Krishna的观点是在计算机模型中运用技术生成柔形体，将生成的柔形体用以替换刚形体进行仿真，大大的提高了仿真精度[3]。当Ewanochko研究耐久性和重型旋转工具的疲劳问题的时候，将构件模型的有限元分析运用于实际模型和动态有限元模型。再根据实验中得来的实际循环数，借助软件进行分析[4]。
1.2.2 国内研究状况
在国内，许多专业人士也对疲劳寿命做了很多研究。来自清华大学的宋健、高晶、朱涛等在商用车多体动力学模型的商用车疲劳分析中，对弹簧座随机载荷历史效应进行了仿真研究。并且将力学分析和有限元进行结合，得到载荷数据，将桥壳分为各种工况来进行研究，最后得到的结果再与实验结果进行比较。预估结果与试验结果一致[5]。来自上海交通大学的杜中哲创设了某个SUV车架的有限元模型，得到车身的应力以及应变的有关数据时，用时域分析的方法对车体的疲劳寿命进行了仿真分析，估算了D级路面焊点的结构和疲劳寿命，并给出了优化的方法[6]。
我国的大部分车企为了测定车辆的疲劳寿命性能，通常情况下都选择进行实车耐久性实验。车辆疲劳性能的实车试验通常会被分为三类：室内台架试验、实际使用道路试验以及试验场试验。在室内进行试验的时候，我们会模拟车辆在试验道路上的振动情况，为了缩短试验的时间，还要删除掉一些相对来说对车辆的损伤影响比较小的试验场路面。汽车在实际的道路上进行的疲劳耐久性试验叫做实际使用道路试验，这种试验最能贴切实际的体现出车辆的耐久性。在专门用来的试验的道路上，模拟车辆在驾驶过程中相对比较恶劣的路面状况。
1.3 课题研究意义
本文是采用的仿真分析预测法用以研究汽车零件的疲劳寿命。仿真预测分析法因为它的可重复性和高效性解决了传统的试验方法周期耗费巨大的问题。在过去不用仿真预测分析法，而是都采用传统的实验法，福特汽车公司在汽车的安全性实验上每年就需要消耗将近120万辆汽车，花掉大约6千万美元。但是用了仿真预测分析法，就能在最开始的车型的设计与开发阶段预测出汽车一些关键零件和结构的疲劳寿命，设计师就可以以此为依据进行优化设计，直接而快速的解决汽车结构的疲劳性能问题，这样就大大的缩短了汽车开发的周期，有效的节约了汽车开发方面的费用，借此提高了竞争能力。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究意义 2
1.4 课题研究内容 3
2 驱动桥壳有限元模型的建立 3
2.1 有限元法 3
2.2 ANSYS Workbench软件简介 4
2.3 驱动桥壳模型的建立 4
2.4 网格的划分 5
3 驱动桥壳有限元静力学分析 6
3.1 三种工况的载荷计算 6
3.2 三种工况的有限元结果 8
4 驱动桥壳疲劳寿命分析 10
4.1 疲劳寿命的计算 10
4.2 nCode DesignLife软件介绍 14
4.3 疲劳寿命分析流程的建立 15
4.4 疲劳寿命分析流程的结果 17
4.5 确定损伤热点 19
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 课题研究背景
中国的汽车产业是从1953年开始的，到目前为止，已经算是我国的重要产业之一。虽然我国汽车产业发展较好，但是现在仍然不能够称为汽车工业强国，这主要是因为我国自主品牌的市场占有率和市场竞争力的影响。那么如果想让我国的汽车产业具有竞争力，就要发展我们的自主品牌，但由于近期汽车市场的变化，汽车品牌的发展将面临严峻的考验。根据调查，发现我国近期的自主品牌汽车销售量的增长较为缓慢严重时竟然出现了负向 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
增长，主要原因是汽车消费者对购买的汽车的疲劳性能和使用寿命的长短的要求也有所提高。根据在国际上较为权威的汽车质量的调查机构的调查可知：大部分的汽车消费者都越来越重视汽车的疲劳性能。
从各种研究可以看出，不管是已经趋于成熟的欧美的汽车市场，还是我国新近发展的汽车市场，消费者们都十分重视汽车的质量以及疲劳性能。车辆的各个零部件的疲劳寿命问题关乎于车辆的可靠性以及安全性。驱动桥壳是差速器以及主减速器等的装配壳体，同时又要承受和传递反力以及反力矩，具有支承车辆荷重的作用。为了保证各个齿轮正常工作，驱动桥壳必须达到目前所规定的刚度和强度。在进行设计的时候还应该让桥壳达到规定的应力以及变形标准，这是为了确保其在工作时的安全性以及可靠性。
根据以前的数据，可以得出结论，机械和工程结构故障的主要原因是疲劳故障。由此可知，现在企业会侧重那些承受交变载荷的结构的疲劳寿命分析。汽车驱动桥壳在车辆行驶时，必须承受各种交变载荷。容易产生微裂纹并扩展成为宏观裂纹，导致失效，所以对车辆驱动桥壳的分析很重要。
1.2 国内外研究状况
1.2.1 国外研究状况
汽车疲劳寿命研究最早是从德国开始的，一位来自德国的著名的设计师奥格斯特维勒第一次尝试对疲劳寿命问题进行系统的科学的研究，并且提出了SN疲劳曲线，至今该曲线在疲劳分析中仍然很有价值[1]。Subramanyam的观点是，预测出汽车的性能的最好的方法，是在汽车力学分析的基础上，用CAE技术进行预测[2]。Agrawal主张把电脑技术作为主要核心，来进行车辆的仿真预测。Krishna的观点是在计算机模型中运用技术生成柔形体，将生成的柔形体用以替换刚形体进行仿真，大大的提高了仿真精度[3]。当Ewanochko研究耐久性和重型旋转工具的疲劳问题的时候，将构件模型的有限元分析运用于实际模型和动态有限元模型。再根据实验中得来的实际循环数，借助软件进行分析[4]。
1.2.2 国内研究状况
在国内，许多专业人士也对疲劳寿命做了很多研究。来自清华大学的宋健、高晶、朱涛等在商用车多体动力学模型的商用车疲劳分析中，对弹簧座随机载荷历史效应进行了仿真研究。并且将力学分析和有限元进行结合，得到载荷数据，将桥壳分为各种工况来进行研究，最后得到的结果再与实验结果进行比较。预估结果与试验结果一致[5]。来自上海交通大学的杜中哲创设了某个SUV车架的有限元模型，得到车身的应力以及应变的有关数据时，用时域分析的方法对车体的疲劳寿命进行了仿真分析，估算了D级路面焊点的结构和疲劳寿命，并给出了优化的方法[6]。
我国的大部分车企为了测定车辆的疲劳寿命性能，通常情况下都选择进行实车耐久性实验。车辆疲劳性能的实车试验通常会被分为三类：室内台架试验、实际使用道路试验以及试验场试验。在室内进行试验的时候，我们会模拟车辆在试验道路上的振动情况，为了缩短试验的时间，还要删除掉一些相对来说对车辆的损伤影响比较小的试验场路面。汽车在实际的道路上进行的疲劳耐久性试验叫做实际使用道路试验，这种试验最能贴切实际的体现出车辆的耐久性。在专门用来的试验的道路上，模拟车辆在驾驶过程中相对比较恶劣的路面状况。
1.3 课题研究意义
本文是采用的仿真分析预测法用以研究汽车零件的疲劳寿命。仿真预测分析法因为它的可重复性和高效性解决了传统的试验方法周期耗费巨大的问题。在过去不用仿真预测分析法，而是都采用传统的实验法，福特汽车公司在汽车的安全性实验上每年就需要消耗将近120万辆汽车，花掉大约6千万美元。但是用了仿真预测分析法，就能在最开始的车型的设计与开发阶段预测出汽车一些关键零件和结构的疲劳寿命，设计师就可以以此为依据进行优化设计，直接而快速的解决汽车结构的疲劳性能问题，这样就大大的缩短了汽车开发的周期，有效的节约了汽车开发方面的费用，借此提高了竞争能力。
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