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基于模态应力恢复的SUV控制臂疲劳寿命研究
| 论文题名： | 基于模态应力恢复的SUV控制臂疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 车辆控制臂;疲劳寿命;模态应力恢复;有限元模型 |
| 摘要： | 汽车零部件的疲劳耐久性能是整车安全性能的重要指标之一。车辆控制臂作为悬架总成重要的导向和传力机构，在保证车轮按规律运动的同时，也承受着由路面不平度造成的交变动载荷，容易发生疲劳失效，因此必须对控制臂进行疲劳耐久分析，保证其疲劳强度。采用实车道路试验或整车台架试验评估零部件的疲劳耐久性能虽准确可靠，但试验周期长，成本高。本文以SUV汽车前悬控制臂为研究对象，从整车的动态特性出发，采用理论研究、仿真分析与试验验证相结合的手段，在保证控制臂的动静态特性满足要求的前提下，完成了对控制臂的疲劳寿命研究。本文的研究内容包括以下几个方面： 首先根据控制臂的三维数模，建立了符合精度要求的控制臂有限元模型。随后对控制臂进行了自由模态分析，得到了其十二阶固有频率和振型，该控制臂第七阶最小弹性模态频率为650.9Hz，避开了外界激振频率对控制臂的影响。 根据 SUV车实际使用工况，选取了正面路障冲击、直线制动、转弯制动、角度路障冲击四种典型极限工况，采用理论计算的方式，对各个工况下的轮胎接地力进行了计算。通过对悬架模型的准静载仿真，提取了四种工况下的控制臂各连接点处的静载荷。针对控制臂边界条件难以定义的问题，应用惯性释放法完成了各典型工况下的控制臂静强度分析，分析结果表明，控制臂强度满足使用要求。 根据SUV汽车的实际结构和零部件参数，利用Adams/Car建立了以控制臂为柔性体的整车刚柔耦合模型；随后选取前束角、外倾角、侧倾中心高度和轮心垂向力四个指标对前后悬架进行了运动学特性分析并与实车K&C试验数据对比验证了模型的有效性；根据路面不平度理论编制了路面不平度的VB程序并生成了B级和E级路面，对整车模型进行了B级和E级路面下的动力学仿真，获得了两种路面条件下控制臂的模态位移历程，根据模态应力恢复理论计算得到了控制臂各节点的载荷时间历程。 最后结合控制臂材料的 S-N曲线和道路不平度激励下的控制臂的应力时间历程，应用疲劳寿命理论和模态应力恢复理论，对控制臂在B和E级路面下的疲劳寿命作了预估。结果表明在B级路面下，控制臂疲劳破坏前SUV汽车的最小行驶里程数为52.3万公里，E级路面下为12.6万公里，均不低于企业标准规定的 SUV汽车耐久性试验10万公里里程数。并根据疲劳分析的结果，给出了提高控制臂疲劳寿命的改进建议。 |
| 作者： | 赵攀 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 赵燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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