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原文传递半挂车车架多轴疲劳寿命预测

论文题名：	半挂车车架多轴疲劳寿命预测
关键词：	半挂车;车架;有限元分析;疲劳寿命;多轴疲劳;优化设计
摘要：	车架是半挂车的核心总成，是承受货物、附件等所有簧上质量的主要部件。为此，车架应有足够的弯曲刚度和强度来保证它有足够的可靠性和寿命，同时还要尽量减少其质量以满足轻量化的要求。半挂车在行驶过程中车架主要承受动态载荷，在这种载荷的作用下，车架的主要破坏形式是疲劳断裂，其破坏强度往往小于材料的拉伸极限，因此疲劳是半挂车车架分析设计的核心。　　疲劳是指金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的导致开裂或破坏的性能的变化。多轴疲劳特指材料在多轴应力状态下发生的疲劳破坏，相对于单轴疲劳而言，多轴疲劳在力学分析和物理机理方面都更为复杂，分析结果也更加符合实际。由车架静态分析结果看出车架大部分处于多轴应力状态，因此需要采用多轴疲劳分析方法。疲劳寿命是指结构直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间。疲劳寿命预测即采用疲劳分析理论对结构在使用工况下估算各部位的寿命值，从而为轻量化设计提供量化参考。传统的设计方法是基于经验的设计方法，不能将很多影响因素量化考虑，从而会出现局部破坏而其他部位强度冗余的情况，因此在半挂车车架轻量化设计中采用多轴疲劳分析方法并将寿命作为主要设计指标就显得尤为重要。　　本文研究的是矿用半挂车，主要以运输矿石为主，长期重载并在路面不平度较高的碎石路面行驶。据调查，该半挂车在服役期内会出现车架纵梁断裂的情况。针对这种情况，本文对该半挂车车架进行了疲劳寿命分析研究。主要研究内容如下：　　 1)建立了半挂汽车列车多体动力学模型，以H级路面作为边界条件，进行整车行车模拟，得到车架载荷谱。　　 2)根据半挂车车架的结构特点建立了车架的有限元模型，进行了静强度分析；对车架进行模态分析，得到车架的动态特性。　　 3)选择多轴疲劳分析方法Wang-Brown平均应力修正损伤模型，并考虑影响车架疲劳特性的因素对车架进行了疲劳寿命预测。根据寿命分布得到车架疲劳薄弱部位，其寿命显示该车架达不到使用寿命要求。　　 4)针对疲劳分析反映出来的问题，本文对该半挂车车架进行了材料、结构与工艺优化，对优化后的车架进行疲劳寿命预测，结果显示该车架满足寿命要求，并且重量比原车型减轻12％。　　本文综合应用多体动力学、有限元法和疲劳分析方法对半挂车车架进行了疲劳寿命预测，并与实际车架疲劳破坏发生的情况相对比，验证了模型的可行性，对车架进行了材料、结构和工艺三方面的优化，供半挂车车架的优化设计和轻量化设计参考。
作者：	李楠
专业：	车辆工程
导师：	孙桓五
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文