文档介绍：汽车横向稳定杆是汽车独立悬架的重要安全部件,在汽车转弯或受到阻力
时发挥作用,其性能的优劣直接影响整车的安全性、平稳性及舒适性。稳定杆
是汽车部件中,典型的受疲劳作用力影响的部件,因此研究汽车横向稳定杆的
疲劳特性,为设计具有最佳性能的汽车稳定杆提供数据支持,在汽车设计中具
有重要的地位。而我国汽车横向稳定杆的疲劳可靠性设计处在类比设计和经验
设计阶段,这种设计偏于保守,对整车性能和成本都非常不利。造成的结果是
零部件疲劳设计缺乏科学依据,零件过于笨重或者是疲劳可靠性低。因此,对
汽车零部件进行以概率论和统计学为基础的可靠性设计及分析对提高汽车产品
的可靠性有着十分重要的意义。
本文以稳定杆为研究对象,分析了稳定杆的实际工况,将复杂的稳定杆模
型简化,运用理论力学、疲劳断裂力学等方法,在分析稳定杆疲劳断裂危险截
面的前提下,对稳定杆的强度、疲劳寿命进行估算;综合运用疲劳设计方法和
可靠性方法,考虑到各种参数的随机性,对汽车稳定杆进行可靠性设计;并通
过有限元仿真与理论计算结果对比,提出稳定杆表面质量要求和强化工艺要求,
研究提高稳定杆疲劳强度的措旌;为使稳定杆的疲劳强度和刚度满足要求,使
用有限元软件对稳定杆截面尺寸进行优化设计,能更加合理的解决稳定杆疲劳
强度和侧倾刚度的矛盾性。在此基础上提出了稳定杆疲劳可靠性设计理论。模
拟实际工况,在专用试验台架上进行了稳定杆疲劳试验,结果表明本文提出的
理论计算与计算机疲劳软件仿真方法能有效的处理稳定杆疲劳强度和侧倾角刚
度的计算。
疲劳寿命问题主要是解决裂纹萌生、裂纹扩展以及后期断裂的全过程,这一过程存在必然性和偶然性。总体基本规
律是疲劳问题的必然性,个体随机差异则是偶然性的反映,必然性和偶然性的
结合以概率演化方式体现在物理系统上。使用确定性方法可以描述机械疲劳现
象的基本规律和因果关系,其随机差异遵循某些统计规律,使用概率分布的方
法对之采取可靠性分析,可以使系统的紊乱无序变为有序,二者的协同作用控
制从而构成了结构疲劳可靠性的基本理论框架。
结构疲劳可靠性研究,综合的运用了数理统计学,概率论,疲劳学,材料
科学,断裂力学等理论,以结构的经济性和维修性为目标,在规定的工作条件
下,在能够完成规定的功能下,在规定的使用寿命期间内,尽可能的减少结构
因疲劳强度不足而发生失效的概率。
汽车横向稳定杆是汽车独立悬架上的一个重要安全件,其性能影响到汽车
的舒适性,安全性,操纵稳定性等重要的性能指标,因而广泛的应用在轿车上。
它是通过杆的扭曲变形产生扭矩来从而达到稳定车身的目的。当左右悬挂产生
相反方向的位移,稳定杆就会发生变形,变形导致杆内部有扭矩产生以抵御车
身的倾斜。由于行驶路况的复杂性,汽车行驶过程中,汽车零部件要承受剧烈
变动的随机载荷。这些载荷可能会导致汽车重要零部件发生过载破坏、疲劳破
坏及磨损等。汽车稳定杆则是典型的疲劳破坏的汽车重要零部件。由于是空间
结构,且材料组织,机械性能的要求很高,设计和制造有很大难度。本课题即
在此背景下提出的,主要目的是估算汽车横向稳定杆的疲劳寿命,采取一些措
施以提高其疲劳寿命。
有限元分析方法:使用有限元分析方法对结构疲劳寿命进行计算之前,
必须要分析载荷的变化过程、结构的形状尺寸和原材料的性能参数。应用有限
元方法分析疲劳寿命一般可分为以下两方面:第一是依靠载荷情况和整体结构
计算应力应变变化过程,汽车零部件在实际工况下,通常是受多轴疲劳作用,
几何形状复杂的零部件也是对计算难度有很大影响,有限元分析的最终任务则
是分析计算其动态应力应变响应。第二是将计算出的应力应变相应与材料性能
参数相结合,对不同的结构损伤模型进行疲劳寿命的估算。只有正确的模拟应
力应变响应和合理的利用损伤模型,才能精准的预测结构的疲劳寿命14 J。
在对零部件的疲劳寿命计算时,疲劳结果的分析中存在着大量的不
确定因素,它们来自于:
(1)材料性能评估中的不确定性或误差,这包括由一个样品或一批样品到
另一个或一批样品显微组织的变化,以及同批材料中性能测量中的实验误差。
(2)对于给定的服役条件和环境,外加应力模拟的不确定性。这种变化有
两个来源:第一是由于诸如振动等因素的作用,己知服役循环的应力幅发生变
化,第二是设计中缺乏有关应力循环精确分布的知识。
(3)“环境”的事前估计和载荷强度随后变化的不确定性。例如,在汽车
的疲劳分析中,它们通常指的是“司机的技术"或“道路状态"。
(4)疲劳过程的模拟,预测和寿命估算的不确定性。
科学的计算疲劳寿命是结构疲劳可靠性研究的一个关键问题,最早的计算
疲劳寿命的方法是名义应力法,名义应力法最终的结果是应力幅与疲