汽车底盘螺纹联接结构失效检测与性能优化研究

发布时间：2020-06-16 00:42

【摘要】：汽车联接主要采用的联接方式是螺纹联接,其中底盘处螺纹联接对于整车的安全及驾驶体验尤为重要,底盘处螺纹联接由于受力较为复杂常发生各式各样的失效问题。目前国内整车厂在设计开发联接结构时缺乏理论依据,大多依赖对标及试验,返修成本高且开发周期较长。为提高汽车底盘处螺纹联接结构联接可靠性,解决底盘处常出现的失效问题,本文针对汽车底盘处螺纹联接结构整体联接可靠性,结合实际失效问题展开研究。首先采用了有限元结合试验的方法对螺纹联接结构的疲劳断裂及松动进行研究,分析各影响因素对失效的影响并得到可靠的参数化有限元模型;然后采用了人工智能领域中的案例推理方法,将实际失效问题的检测、研究、分析经验集成起来得到关于矩阵的案例推理经验模型;最后采用多目标优化的方法,针对CN200车型底盘处的螺纹联接整体可靠性进行多参数的多目标优化。主要研究内容如下:1、建立螺纹联接疲劳过程受力模型,分析其不同初始预紧力、应力幅作用下螺纹紧固件的疲劳性能规律;建立使螺纹紧固件发生旋转松动的被联接件的“临界滑移量”各影响因素关系式,为后续有限元研究、多目标优化奠定理论基础。2、建立螺纹紧固件的有限元参数化模型,针对螺纹联接疲劳性能相关的影响因素(初始预紧力、应力幅)和联接松动相关影响因素(摩擦系数、初始预紧力、被联接件厚度)进行研究,结合底盘处受力特点,探究其失效问题产生的机理。3、通过建立案例推理模型,将对失效问题的检测、研究、处理经验集成起来,提出通过数字化、统一化、标准化的失效特征及其失效原因关系矩阵的方式对失效检测结果进行描述,对各失效问题的原因设定权重,以表征其在对应失效特征中主要的失效原因。4、针对底盘处前下摆臂与副车架联接前点的整体联接性能,对其副车架联接件厚度、衬套接触外径及衬套长度进行多学科下的多目标优化;采用最优拉丁超立方抽样方法进行仿真抽样设计,通过MATLAB进行数值拟合并建立Kriging近似模型,最后采用NSGA-II多目标优化算法进行多目标优化,得到了各参数的最优组合,提高整体联接性能。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U472
【图文】：

拧紧过程中的失效主要有：螺栓断裂、螺纹失效、被联接件被压溃或变形等，拧紧后的失效形式主要有：螺栓静态断裂、螺栓疲劳断裂、螺栓延迟断裂、被联接件分离、螺栓松动、被联接件和螺栓应力腐蚀开裂等。由于在拧紧过程中出现的失效问题比较明显，通常能够及时处理修正，所以螺纹紧固件失效研究主要为拧紧后失效。底盘处联接结构受到的主要载荷形式为横向载荷或轴向载荷，其对应的螺栓称为受拉螺栓或受剪螺栓，对应的失效形式也不一样，需要对其进行受拉、受剪强度验证。被联接件的刚度对螺纹联接结构的抗拉强度也有影响，当被联接件的刚度较大并且分布均匀时，则被联接件受力将均匀分布作用于螺栓上，当被联接件的刚度较小时，则被联接件与螺栓接触边缘产生弯曲变形。因此，螺纹联接结构的整体性能既受紧固件本身性能影响，也与被联接件的结构尺寸有很大关系，然而目前国内汽车生产厂商紧固件与被联接件的开发设计分别在不同的部门间进行，在开发设计交流较少，有些被联接件在设计时甚至将紧固件忽略，在设计上存在诸多不合理，由此产生各类失效问题。因此，研究螺纹联接结构的整体性能对于解决其失效问题十分必要。

拧紧过程中的失效主要有：螺栓断裂、螺纹失效、被联接件被压溃或变形等，拧紧后的失效形式主要有：螺栓静态断裂、螺栓疲劳断裂、螺栓延迟断裂、被联接件分离、螺栓松动、被联接件和螺栓应力腐蚀开裂等。由于在拧紧过程中出现的失效问题比较明显，通常能够及时处理修正，所以螺纹紧固件失效研究主要为拧紧后失效。底盘处联接结构受到的主要载荷形式为横向载荷或轴向载荷，其对应的螺栓称为受拉螺栓或受剪螺栓，对应的失效形式也不一样，需要对其进行受拉、受剪强度验证。被联接件的刚度对螺纹联接结构的抗拉强度也有影响，当被联接件的刚度较大并且分布均匀时，则被联接件受力将均匀分布作用于螺栓上，当被联接件的刚度较小时，则被联接件与螺栓接触边缘产生弯曲变形。因此，螺纹联接结构的整体性能既受紧固件本身性能影响，也与被联接件的结构尺寸有很大关系，然而目前国内汽车生产厂商紧固件与被联接件的开发设计分别在不同的部门间进行，在开发设计交流较少，有些被联接件在设计时甚至将紧固件忽略，在设计上存在诸多不合理，由此产生各类失效问题。因此，研究螺纹联接结构的整体性能对于解决其失效问题十分必要。

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本文编号：2715249