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原文传递轿车车身结构及焊点的疲劳寿命分析与优化改进研究

论文题名：	轿车车身结构及焊点的疲劳寿命分析与优化改进研究
关键词：	轿车车身;结构疲劳寿命;焊点疲劳寿命;结构改进;焊点位置优化
摘要：	随着现代工业的高速发展，机械疲劳寿命问题已突出存在于各个领域。据统计，在现代工业各领域中，约有80％以上的结构破坏都是由疲劳失效所引发的。因此，开展疲劳寿命研究，寻找提高零件疲劳寿命的途径以防止疲劳断裂事故的发生，对于我国国民经济和科学技术的发展意义重大。目前，在汽车设计的过程中，车身结构的强度、刚度比较容易引起重视，其设计水平都能达到要求。而车身结构疲劳强度由于其特点，常常容易被忽视。在汽车设计阶段，利用有限元仿真分析方法预测车身使用寿命，针对薄弱部件进行改进，可以提高车身的整体使用寿命，大大降低开发和研制费用。因此，对汽车车身结构进行疲劳寿命分析是必不可少的。本文以某型SUV轿车车身为研究对象，建立车身的有限元模型并进行验证，在对车身进行单位激励下的冲击响应分析并得到应力应变分布结果的基础上，利用时域疲劳分析方法，对车身的疲劳寿命进行仿真分析，估算出该型车在D级路面上行驶时的车身结构及焊点的疲劳寿命；利用频域疲劳寿命分析方法对局部结构疲劳寿命比较低的零件进行再次计算，得出对结构复杂模型的分析，采用时域方法精度是可以保证的结论。在此基础上，对车身的结构与焊点疲劳寿命较低的部位进行优化改进研究，通过仿真计算，验证了所提出优化改进方案的可行性和合理性。为今后开展轿车的疲劳寿命分析以及提高轿车车身疲劳寿命提供了可借鉴的方法。主要研究内容有： (1) 建立车身有限元模型并进行验证建立车身有限元模型，车身结构采用壳单元模拟，焊点用Cbar单元模拟。装配焊接后施加所必须的约束和载荷条件，进行模态计算以及车身的扭转刚度和弯曲刚度计算、分析，通过与实车实验对比，验证了所建立的有限元模型的正确性。 (2) 车身结构与焊点的疲劳寿命计算分析利用时域疲劳分析方法，分别对车身结构与焊点疲劳寿命进行仿真计算，得出了整车的疲劳寿命分布，找出了疲劳寿命较低的零件，得出的结论与实际情况是相一致的。利用频域疲劳分析方法，对结构疲劳寿命较低位置的零件再次进行计算分析，得出了与时域分析方法相一致的结果。 (3) 车身结构与焊点优化改进研究在对车身结构与焊点疲劳寿命分析的基础上，分别对结构与焊点进行改进优化研究。对结构的改进，采用拼焊板材料的方法，提高高应力区的零件的强度，以延长局部结构的疲劳寿命；对焊点的优化，首先找出焊点区应力比较高的部位，在不增加焊点数目的前提下，通过调整焊点的位置，增大高应力区局部的焊点密度，以延长焊点的最短使用寿命；对优化后的结果再次进行仿真计算分析。通过与优化前原车身结构和焊点的疲劳寿命进行对比，优化后局部结构和焊点的寿命比优化前都有不同程度的提高，验证了优化改进方案的可行性和合理性。
作者：	杜中哲
专业：	车辆工程
导师：	朱平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文