摘 要

　　本文結合某乘用車(chē)項目在實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的動(dòng)載荷疲勞耐久工作開(kāi)展研究。采用CAE 方法模擬試驗場(chǎng)強化路面耐久試驗的過(guò)程，即：動(dòng)載荷疲勞耐久分析。動(dòng)載荷疲勞耐久分析分為三個(gè)階段：第一階段是進(jìn)行路譜采集試驗，需要用到 4 個(gè)六分力傳感器、直通加速度傳感器、拉線(xiàn)式位移傳感器；第二階段是動(dòng)載荷分析，即應用多體系統動(dòng)力學(xué)軟件（本課題采用 ADAMS 軟件），將采集到的軸頭力信號通過(guò)多體模型傳遞到車(chē)身連接點(diǎn)，計算得到車(chē)身連接點(diǎn)的力信號；第三階段是疲勞耐久分析，即利用疲勞分析軟件和車(chē)身連接點(diǎn)的力信號計算有限元模型的疲勞壽命值。本文的研究方向是動(dòng)載荷分析，現有三種方法，分別是：約束加載法、虛擬迭代法和自由加載法。本文結合車(chē)型項目開(kāi)發(fā)中的試驗數據和仿真計算結果，從原理、建模、計算結果三個(gè)維度用實(shí)例論證了約束加載法、虛擬迭代法和自由加載法的利弊，論證了自由加載法的正確性。同時(shí)，本文根據車(chē)型開(kāi)發(fā)項目需求，梳理了整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型建模的步驟，明確了采用六面體建立柔性體模型加入到 ADAMS 軟件中進(jìn)行剛柔耦合建模的方法，論證了驗證模型有效性的正確方法，解決了提交求解計算的問(wèn)題，并且實(shí)現了菜單提交計算和自動(dòng)導出 rpc 格式文件的功能。

　　本文研究的核心內容是：

　　1. 虛擬迭代和約束加載兩種載荷分解計算方法的區別及與試驗結果的一致性；

　　2. 約束加載和自由加載兩種載荷分解計算方法的區別及與試驗結果的一致性；

　　3. 尋求驗證動(dòng)力學(xué)模型準確性的有效方法。

　　最終，本文的研究成果將被應用到日后的車(chē)型項目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，形成書(shū)面企業(yè)規范。

　　關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)仿真，剛柔耦合，載荷分解

Abstract

　　In this paper， the research work is carried out with dynamic load fatigue analysis in a new car project. Using CAE method to simulate the durability test is the dynamic load fatigue analysis. Dynamic load fatigue analysis includes three stages: the first stage is the acquisition of road load，need 4 wheel force transducers，DC-type accelerometers，string pot type displacement transducers； the second stage is the dynamic load identification，transformation the measured wheel forces into internal component forces through the rigid-flexible coupling multi-body model in ADAMS software ； the third stage is the fatigue life prediction， calculation of structural fatigue lifetime based on component forces and fatigue software. The research direction in this paper is dynamic load analysis， the existing three kinds of methods are: Fixed Body method，Virtual Iteration method and Free Body method. Based on the test data in the project and the results of simulation ， demonstrate the advantages and disadvantages of the three methods through the principle/modeling/results， and verify the correctness of the Free Body method. At the same time， according to the vehicle development project requirements， write down the vehicle Multi-body dynamics modeling steps and use the method of hexahedron flexible body model in the ADAMS software for the Rigid-Flexible Coupling model， prove the correct method to verify the validity of the model， solve the problem of submitting the calculation， achieve the menu submission and the automatic export RPC format function.

　　This paper focus on:

　　1. Consistency calculation with the test results through comparing Virtual Iteration method with Fixed Body method；2. Consistency calculation with the test results through comparing Fixed Body method with Free Body method；3. Effective methods for accuracy validation of the Multi-Body model.Finally， the results of this study will be applied to the project development process， and form written enterprise standard.

　　Key words：Multi-Body Model Simulation， Rigid-Flexible Coupling， Dynamic Load

　　在日益激烈的汽車(chē)市場(chǎng)競爭中，自主品牌車(chē)企如何提高自身影響力與客戶(hù)滿(mǎn)意度，提高產(chǎn)品的疲勞耐久性能是最有效、最為直接的手段之一。在產(chǎn)品預可研階段，車(chē)企的市場(chǎng)部、規劃部就已經(jīng)開(kāi)始圍繞目標市場(chǎng)開(kāi)展產(chǎn)品疲勞耐久性能需求調查，充分了解目標客戶(hù)群體的需求，制訂出合理的整車(chē)疲勞耐久性指標。在產(chǎn)品立項后的策劃階段，車(chē)企的產(chǎn)品部就根據市場(chǎng)調查及整車(chē)疲勞耐久性能指標進(jìn)行指標分解，整車(chē)指標-大總成指標-零部件指標，從整體到部分逐層分解，要求：目標明確，責任到人，可以實(shí)現，能夠評價(jià)。在工程設計階段，依次完成零部件設計、大總成裝配、整車(chē)裝配，與此相對應，需要完成零部件疲勞耐久 CAE 分析、試驗認證，大總成試驗認證，整車(chē)疲勞耐久性能 CAE 分析、試驗認證。其中，整車(chē)疲勞耐久性能 CAE 分析以整車(chē)疲勞耐久性能指標為基礎，針對白車(chē)身或者底盤(pán)這兩大類(lèi)分析對象，通過(guò)使用六分力儀采集雜合車(chē)在試驗場(chǎng)強化路面上行駛時(shí)的道路譜載荷，并將該道路譜載荷作為四個(gè)軸頭的輸入信號添加到整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型上，模擬汽車(chē)在實(shí)際使用中所遇到的最?lèi)毫有旭偣�況，獲取汽車(chē)目標位置的載荷譜，以便下一步作為激勵加到白車(chē)身或者關(guān)鍵零部件總成的疲勞模型中，分析可能發(fā)生疲勞損傷風(fēng)險的位置，并提出有效的優(yōu)化方案。

　　隨著(zhù)消費者對耐久性的重視程度逐步加深，汽車(chē)產(chǎn)品設計師在對車(chē)身進(jìn)行嶄新設計或者輕量化設計時(shí)便將白車(chē)身的疲勞耐久性能作為關(guān)鍵性能指標。產(chǎn)品批量生產(chǎn)前產(chǎn)品設計師必定會(huì )隨機選擇大約三輛慢裝車(chē)開(kāi)展兩萬(wàn)公里白車(chē)身強化路面耐久試驗，一旦出現疲勞風(fēng)險，立即查找設計原因、工藝原因或者試驗原因，并在下一輪試驗前（即：批量生產(chǎn)后的耐久路試前）修正缺陷。但是，一個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程大約 60~80 周，如果等到耐久路試結果出來(lái)后再修改設計缺陷，可能會(huì )重復一個(gè)或多個(gè)“設計-試裝件生產(chǎn)-裝車(chē)-試驗”的過(guò)程，在原本 60~80 周的基礎上每個(gè)循環(huán)延長(cháng)開(kāi)發(fā)周期大約 15 周~20 周，增加大約三輛試制車(chē)及相關(guān)試驗成本。在 CAE 計算迅猛發(fā)展的今天，采用CAE 手段虛擬試驗過(guò)程已經(jīng)得到廣泛應用，因此，設計前期盡早開(kāi)展白車(chē)身疲勞耐久CAE 分析工作受到車(chē)企經(jīng)營(yíng)者的高度重視。由此可見(jiàn)，以有限元分析和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)為基礎，以整車(chē)疲勞動(dòng)載荷分析方法與精度為研究目標研究具有重大意義。

　　然而疲勞耐久 CAE 分析的輸入信號無(wú)法通過(guò)試驗直接測得，需要通過(guò)汽車(chē)系統動(dòng)力學(xué)軟件建模、仿真得到計算結果。隨著(zhù)剛柔耦合理論的迅速發(fā)展以及多體動(dòng)力學(xué)分析在工程中的廣泛應用，使得模擬試驗場(chǎng)強化路面疲勞耐久試驗進(jìn)行疲勞載荷分析成為可能。但是，汽車(chē)的整車(chē)仿真模擬精度還受制于輪胎模型，因此，本文研究?jì)热菔褂媚途眯栽囼灢杉�的輪心處六分力作為多體模型的輸入進(jìn)行虛擬仿真分析，進(jìn)而開(kāi)展虛擬仿真模型的驗證和載荷分解工作。

　　對于本人所在企業(yè)來(lái)說(shuō)，CAE 部門(mén)組建于 2010 年，相對其他車(chē)企起步較晚，工程經(jīng)驗不足。目前應用過(guò)的整車(chē)疲勞動(dòng)載荷分析方法有三種：第一種是虛擬迭代方法，第二種是約束加載方法，第三種是自由加載方法。三種方法，各有利弊，因此，現階段進(jìn)行載荷分解方法與精度的研究至關(guān)重要。

　　在本次研究中，將首先對三種方法的原理進(jìn)行對比分析，研究三種方法的區別；然后，對 A 車(chē)型進(jìn)行虛擬迭代和約束加載方法的對比研究，對 B 車(chē)型進(jìn)行約束加載方法和自由加載方法的對比研究，研究三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)；最后，將 A 車(chē)型虛擬迭代和約束加載方法的計算結果和B車(chē)型約束加載方法和自由加載方法的計算結果分別提供給疲勞分析工程師進(jìn)行疲勞耐久分析，對比疲勞耐久分析結果與實(shí)際耐久路試結果，研究精度問(wèn)題。

　　經(jīng)過(guò)上述研究，從上述三種整車(chē)疲勞動(dòng)載荷分析方法選定一種最優(yōu)方法，在項目中推廣應用。研究的結果不僅能夠解決企業(yè)設計生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，為企業(yè)對其產(chǎn)品的設計、制造、檢驗和優(yōu)化改造提供實(shí)際的參考指導，還能為企業(yè)降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品設計的水平，從而在提高企業(yè)核心競爭力和產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力等方面提供思路和方法。同時(shí)本文采用的剛柔耦合動(dòng)力學(xué)建模方法具有代表性，對于不同的懸架形式需要進(jìn)行微調，適用于所有車(chē)型的整車(chē)疲勞動(dòng)載荷特性的分析研究，為以后車(chē)型開(kāi)發(fā)工作提供了”剛柔耦合-動(dòng)載荷特性研究”的典型方法和成熟的技術(shù)路線(xiàn)，達到增強汽車(chē)自主研發(fā)的能力、縮短汽車(chē)自主研發(fā)的周期、減少汽車(chē)自主研發(fā)的成本、提高汽車(chē)自主研發(fā)的質(zhì)量的實(shí)際效益。

　　車(chē)輛整車(chē)疲勞動(dòng)載荷的ADAMS建模分析：

左前軸頭 AZ

左前減震器上點(diǎn) FX/FY/FZ

左懸置 FZ

部分車(chē)身連接點(diǎn)載荷對比

前懸架模型

后懸架模型

轉向系統模型

動(dòng)力總成模型

目 錄

　　第 1 章 緒論
　　　　1.1 課題研究背景、來(lái)源及意義
　　　　1.2 課題相關(guān)研究現狀
　　　　　　1.2.1 汽車(chē)系統動(dòng)力學(xué)研究概況
　　　　　　1.2.2 動(dòng)力學(xué)在白車(chē)身疲勞分析領(lǐng)域的國內外研究現狀
　　　　1.3 課題研究的內容
　　第 2 章 剛柔耦合動(dòng)力學(xué)建模
　　　　2.1 多體系統動(dòng)力學(xué)概述
　　　　2.2 剛柔耦合理論與方法
　　　　2.3 多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件——ADAMS
　　　　　　2.3.1 仿真工具選用
　　　　　　2.3.2 ADAMS 軟件的虛擬樣機設計流程
　　　　　　2.3.3 ADAMS 軟件剛柔耦合建模方法研究
　　　　2.4 設定整車(chē)疲勞動(dòng)載荷提取技術(shù)路線(xiàn)
　　　　2.5 本章總結
　　第 3 章 整車(chē)耐久強化路面試驗研究
　　　　3.1 路譜采集試驗
　　　　　　3.1.1 試驗內容、對象及條件
　　　　　　3.1.2 試驗儀器
　　　　　　3.1.3 試驗車(chē)速要求
　　　　　　3.1.4 試驗數據選取與處理
　　　　　　3.1.5 試驗結果應用
　　　　3.2 整車(chē)耐久強化路面試驗
　　　　　　3.2.1 試驗對象
　　　　　　3.2.2 試驗方法
　　　　　　3.2.3 試驗結果
　　　　3.3 本章小結
　　第 4 章 整車(chē)建模與仿真驗證
　　　　4.1 建模方法探索與求證
　　　　　　4.1.1 ADAMS/Car 建模方法
　　　　　　4.1.2 襯套特性及其對結果影響
　　　　　　4.1.3 整車(chē)建模前準備
　　　　　　4.1.4 前后橫向穩定桿柔性體建模
　　　　　　4.1.5 論證求解方法
　　　　4.2 整車(chē)剛柔耦合動(dòng)力學(xué)建模
　　　　　　4.2.1 新建模板 tpl 文件
　　　　　　4.2.2 新建子系統 sub 文件
　　　　　　4.2.3 新建整車(chē)裝配體模型 asy 文件
　　　　4.3 驗證模型
　　　　4.4 本章小結
　　第 5 章 動(dòng)載荷分解與應用
　　　　5.1 提交求解計算方法
　　　　　　5.1.1 軟件外提交求解計算方法
　　　　　　5.1.2 利用宏 macro 文件提交求解計算方法
　　　　5.2 計算結果格式轉換方法
　　　　5.3 動(dòng)載荷分解計算結果
　　　　5.4 實(shí)際應用
　　　　5.5 本章小結
　　第 6 章 全文總結和研究展望
　　參考文獻
　　致謝

（如您需要查看本篇畢業(yè)設計全文，請您聯(lián)系客服索取）