基于用户道路载荷的悬架摆臂轻量化设计

发布时间：2020-06-02 18:38

【摘要】：目前,国内汽车厂商在进行产品设计及开发的过程中,往往出于安全方面的考虑,给汽车结构件赋予较高的安全系数且所参照的设计标准一般从国外引进。这种设计方法没有充分考虑到载荷特征特别是我国用户道路载荷特征对汽车结构件疲劳寿命的影响,导致汽车主要结构件的强度富余量过大,不利于汽车轻量化的实现。本文以某轿车悬架摆臂为研究对象,基于我国用户道路载荷,结合低载强化理论,开展了摆臂轻量化设计流程的研究,并合理的设计出满足99%可靠度下我国用户30万公里使用要求的悬架摆臂,且摆臂重量减少20%。在研究过程中,首先制定载荷谱采集方案并采集用户道路载荷谱,对采集得到的用户道路载荷谱进行外推,得到99%可靠度下我国30万公里用户道路载荷模型。然后根据摆臂的材料特性开展了摆臂疲劳特性和低载强化特性研究,建立了零件的应力—寿命曲线以及低载强化三维曲面。基于仿真分析,拟合轴头加速度、轮心处服役载荷、摆臂服役载荷以及摆臂工作应力之间的关系,建立了可用于摆臂工作应力快速计算的流程。最后根据摆臂工作应力谱确定原始摆臂结构的强度富余量,以累积损伤值为约束条件进行轻量化设计,通过调整摆臂工作应力谱的疲劳损伤和强化比例,设计出满足损伤要求的摆臂最小厚度。本文创新点在于:1)充分考虑载荷特征对汽车零部件疲劳寿命的影响,提出基于用户真实道路载荷并考虑结构低载强化特性的轻量化设计的流程;2)基于仿真分析,建立了由轴头加速度到悬架结构件的载荷分解与转换方法,可用于摆臂的工作应力快速确定与计算。本文建立的方法,可为汽车零部件的轻量化设计分析提供一种新思维和新途径,也可为提高我国汽车零部件的设计水平和竞争能力提供技术支持。
【图文】：

Miner准则,线性累积损伤,疲劳寿命,循环比

1 1W nW N 个不同的应力幅值 S1、S2、···、Si构成试件的加载谱，各应力幅值下命分别为 N1,f、N2,f、···、Ni,f，循环数分别为 n1、n2、···、ni，则线性：,iii fnDN 足式(2.3)条件时，就可以估计构件发生疲劳失效次数。0,iii fnD DN 上述假设，疲劳损伤与应力幅值大小无关，它与循环比存在着唯一当损伤水平一定时，两个不同损伤曲线的循环比是相同的，如图 2-，“损伤-循环数”图上的两条线性损伤曲线与“损伤-循环比”一条直线[22]。

曲线,Miner准则,准则,疲劳极限

第二章疲劳损伤及低载强化理论基础互作用，载荷谱中的大载荷会造成零件疲劳强度下降，使疲劳极限以下的载荷同样会对零件造成损伤，，因此，研究进，主要有修正的 Miner 准则和相对的 Miner 准则。iner 准则是通过延长 S-N 曲线，来计算疲劳极限以下载法：一是直接延长原斜率 S-N 曲线，并根据延长后的曲命，进而计算疲劳损伤；另一个是由 Haibach[24]提出的，平缓的斜率延长 S-N 曲线，计算疲劳极限以下载荷的损伤
【学位授予单位】：上海理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.33

【参考文献】