CN112528412A - 汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，包括以下步骤：根据下摆臂的三维模型，建立下摆臂的有限元网格模型；根据下摆臂的有限元网格模型，利用惯性释放的方法计算下摆臂在单位载荷作用下的应力分布；根据下摆臂的有限元网格模型，计算下摆臂和衬套连接处的过盈配合应力；将单位载荷作用下的应力分布结果和载荷谱进行应力矢量合成；对过盈配合应力进行平均应力修正，并对修正后的应力进行雨流统计计数，获取每个应力幅值下的循环次数；最后利用材料的S‑N疲劳曲线，计算下摆臂的疲劳寿命。本发明的方法考虑到了衬套过盈配合应力对摆臂寿命的影响，提高了有限元模拟的精度，解决了有限元分析结果与试验结果对标对应不上的问题。

Description

汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法
技术领域
本发明属于疲劳计算技术领域，具体涉及一种汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法。
背景技术
下摆臂是汽车悬架中重要的导向机构，下摆臂通过橡胶衬套组件与转向节和副车架柔性连接，下摆臂与衬套之间通过过盈配合装配固定。下摆臂在工作中除了传递转向节和副车架之间的力和力矩，还承受着与衬套之间过盈配合的压紧力，因此疲劳破坏是下摆臂最主要的实效形式之一。现阶段的下摆臂疲劳计算方法仅通过零件的单位载荷与载荷谱叠的方法直接计算下摆臂的疲劳寿命，没有考虑下摆臂与衬套之间的过盈配合压紧力，因此该计算方法无法考虑过盈配合对结构寿命的影响，计算出来的结构薄弱点也往往与实际零件耐久开裂位置对应不上。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，将衬套过盈配合考虑到汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法内，使下摆臂的结构寿命和结构薄弱点的计算更为准确。
本发明提供一种汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，包括以下步骤：
S1、根据下摆臂的三维模型，建立下摆臂的有限元网格模型；
S2、根据下摆臂的有限元网格模型，利用惯性释放的方法计算下摆臂在单位载荷作用下的应力分布；
S3、根据下摆臂的有限元网格模型，计算下摆臂和衬套连接处的过盈配合应力；
S4、将单位载荷作用下的应力分布结果和载荷谱进行应力矢量合成；对过盈配合应力进行平均应力修正，并对修正后的应力进行雨流统计计数，获取每个应力幅值下的循环次数；最后利用材料的S-N疲劳曲线，计算下摆臂的疲劳寿命。
进一步地，步骤S1中，下摆臂的有限元网格模型包括下摆臂有限元实体模型、衬套钢圈外圈有限元模型、以及连接下摆臂和衬套的nastranrbe3单元。
进一步地，步骤S2中惯性释放的方法为：在下摆臂两端的2个连接点上分别施加6个方向的单位载荷，计算每个连接点3个方向单位力和3个方向单位力矩的应力结果。
进一步地，步骤S3具体包括：转换下摆臂的有限元网格模型的模板，定义衬套套管和摆臂连接内圈的过盈配合接面，定义过盈配合接触对，定义接触力系数曲线，定义过盈接触，定义求解工况，定义求解输出，求解计算。
进一步地，定义接触力系数曲线为一条时间从0变化至1，力的幅值系数从0变化至1的力系数——时间曲线。
进一步地，步骤S4中，利用Goodman平均应力修正公式对过盈配合应力进行平均应力修正。
进一步地，步骤S4中，通过输入材料的抗拉强度直接生成材料的s-n曲线。
进一步地，步骤S1通过hypermesh软件建立下摆臂的有限元网格模型，步骤S2通过nastran软件计算应力分布。
进一步地，步骤S3通过abaqus计算软件计算过盈配合应力。
进一步地，步骤S4利用femfat软件计算疲劳寿命。
本发明的有益效果是：本发明的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，考虑到了衬套过盈配合应力对摆臂寿命的影响，提高了有限元模拟的精度，解决了有限元分析结果与试验结果对标对应不上的问题。
进一步地，综合应用hypermesh有限元建模软件、nastran有限元强度线性分析软件、abaqus有限元强度非线性分析软件、femfat疲劳计算软件对下摆臂疲劳寿命进行分析，大大提高了模拟的精度，提升了模拟的效果。
附图说明
图1为本发明的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法的流程图。
图2为本发明的下摆臂有限元模型图。
图3为本发明的下摆臂在单位载荷作用下的应力分布示意图；其中，左图为节点1的X向单位载荷应力结果图，右图为节点1的Y向单位载荷应力结果图。
图4为本发明的下摆臂的过盈配合应力结果图。
图5为本发明的下摆臂的耐久计算结果图。
图中：1-下摆臂本体钣金件，2-nastranrbe3单元，3-衬套钢圈外圈。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明：
本发明的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，综合应用hypermesh有限元建模软件、nastran有限元强度线性分析软件、abaqus有限元强度非线性分析软件、femfat疲劳计算软件对下摆臂疲劳寿命进行分析，考虑衬套过盈配合应力对摆臂寿命的影响，提高了有限元模拟的精度，解决了有限元分析结果与试验结果对标对应不上的问题。
本发明实施例的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、根据下摆臂的三维模型，建立下摆臂的有限元网格模型。
根据下摆臂零件的三维模型，应用有限元建模软件hypermesh建立下摆臂零件的实体有限元网格模型；下摆臂两端的衬套安装孔内表面通过nastranrbe3单元与主节点(衬套安装孔中心点)连接。如图2所示，下摆臂的有限元网格模型包括下摆臂有限元实体模型、衬套钢圈外圈有限元模型、以及连接下摆臂和衬套的nastranrbe3单元。有限元模型网格质量控制指标如表1所示：
表1有限元模型网格质量控制指标表
Figure BDA0002828966560000031
S2、根据下摆臂的有限元网格模型，利用惯性释放的方法计算下摆臂在单位载荷作用下的应力分布。
根据下摆臂有限元模型，应用nastran软件，采用惯性释放法分别计算摆臂2个连接点处，每个点3个方向单位力和3个方向单位力矩的应力结果。在nastran软件中，选择惯性释放选件，在摆臂每个连接点上分别施加6个方向的单位载荷，衬套钢圈外圈与摆臂过盈配合面设置为绑定连接。设置计算工况，共12个单位载荷工况，并设置结果输出，得到下摆臂12个工况单位载荷下的应力结果，如图3所示。将计算结果输出为op2后缀的文件，输出的op2后缀求解结果供后续疲劳计算使用。
S3、根据下摆臂的有限元网格模型，计算下摆臂和衬套连接处的过盈配合应力。
首先将计算程序转换为ABAQUS模板。将下摆臂在hypermsh—nastran模板下的有限元模型通过转换选项工具，将下摆臂从nastran模板切换为ABAQUS软件模板。
设置过盈配合接触对。通过abaqus软件分别定义衬套套管和摆臂连接内圈的过盈配合接面，然后定义衬套套管和摆臂连接内圈的过盈配合接触对。
定义接触力系数曲线。定义一条时间从0变化至1，力的幅值系数从0变化至1的力系数——时间曲线。
定义过盈接触。定义下摆臂与衬套钢套之间的过盈配合量。
定义求解工况。定义载荷步的名称，定义分析的总时间和时间步长。
定义求解输出。定义单元应力场变量输出，定义历史变量接触应力输出。
在abaqu软件中提交求解计算，输出obd后缀的过盈配合应力结果文件，如图4所示，供下一步的疲劳计算使用。
S4、将单位载荷作用下的应力分布结果和载荷谱进行应力矢量合成；应用Goodman平均应力修正公式对过盈配合应力进行平均应力修正，并对修正后的应力进行雨流统计计数，获取每个应力幅值下的循环次数；最后利用材料的S-N疲劳曲线，计算下摆臂的疲劳寿命。
读入应力结果数据。读入有限元网格文件，读入步骤S2生成的单位载荷应力结果，读入载荷谱文件，读入步骤S3生成的常幅组过盈配合应力作为常幅值应力导入。
生成材料的s-n曲线。通过设置材料的抗拉强度生成材料的s-n曲线。
设置求解参数并提交femfat软件开始计算。通过设置求解请求，将编辑好的文本文档提交femfat软件计算，计算完成之后生成后缀为ffj的结果文件，如图5所示。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据下摆臂的三维模型，建立下摆臂的有限元网格模型；
S2、根据下摆臂的有限元网格模型，利用惯性释放的方法计算下摆臂在单位载荷作用下的应力分布；
S3、根据下摆臂的有限元网格模型，计算下摆臂和衬套连接处的过盈配合应力；
S4、将单位载荷作用下的应力分布结果和载荷谱进行应力矢量合成；对过盈配合应力进行平均应力修正，并对修正后的应力进行雨流统计计数，获取每个应力幅值下的循环次数；最后利用材料的S-N疲劳曲线，计算下摆臂的疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S1中，下摆臂的有限元网格模型包括下摆臂有限元实体模型、衬套钢圈外圈有限元模型、以及连接下摆臂和衬套的nastranrbe3单元。
3.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S2中惯性释放的方法为：在下摆臂两端的2个连接点上分别施加6个方向的单位载荷，计算每个连接点3个方向单位力和3个方向单位力矩的应力结果。
4.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S3具体包括：转换下摆臂的有限元网格模型的模板，定义衬套套管和摆臂连接内圈的过盈配合接面，定义过盈配合接触对，定义接触力系数曲线，定义过盈接触，定义求解工况，定义求解输出，求解计算。
5.根据权利要求4所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，定义接触力系数曲线为一条时间从0变化至1，力的幅值系数从0变化至1的力系数——时间曲线。
6.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S4中，利用Goodman平均应力修正公式对过盈配合应力进行平均应力修正。
7.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S4中，通过输入材料的抗拉强度直接生成材料的s-n曲线。
8.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S1通过hypermesh软件建立下摆臂的有限元网格模型，步骤S2通过nastran软件计算应力分布。
9.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S3通过abaqus计算软件计算过盈配合应力。
10.根据权利要求1所述的汽车下摆臂载荷谱疲劳计算方法，其特征在于，步骤S4利用femfat软件计算疲劳寿命。
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