清掃車車架有限元分析

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1、 外文翻譯 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 嚴國林 班 級 B機制074 學 號 0710101414 指 導 教 師 劉紹娜 外文資料名稱：Dynamic Stress Analysis of Vehicle Frame Using a Nonlinear Finite El

2、ement Method 外文資料出處 ：KSME International Journal, Vol.17No.10,pp.1450-145Z 2003 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導教師評語： 簽名：

3、 年 月 日 采用非線性有限元方法的車架動態(tài)受力分析 Gyu Ha Kim*, Kyu Zong Cho 孫寶童譯 摘要：對于一種完整的車輛工程和發(fā)展項目來說，結(jié)構(gòu)完整性是對客車或者輕型卡車的基本要求。車輛產(chǎn)品性能的結(jié)果是以耐久性、NVH、防撞性以及乘員安全來衡量。車輛的性能水平直接影響到車輛的市場化、利潤，最重要的是未來的汽車制造商。在本研究中，我們使用虛擬實驗場方法（VPG）來獲取動態(tài)壓力或拉力的分布情況，VPG使用非線性的、動態(tài)的、有限單元法，這些方法大大擴展了傳統(tǒng)線性、靜態(tài)假設的使用范圍。VPG的方法也是利用現(xiàn)實的輪胎/路面相互作用的邊界條件。為了證實預測的

4、動應力和疲勞臨界區(qū)，進行了單一碰撞實驗、道路模擬加載以及現(xiàn)場試驗。對預測結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較,綜合壽命預測方法論的可行性得到了驗證。 關(guān)鍵詞:行駛與操縱；VPG方法；動態(tài)應力分析；非線性有限單元法 1 前言 在車輛開發(fā)過程中，耐久性測試,以及耐撞性測試,需要投入大量的時間和費用。最近CPU和應用軟件的迅速發(fā)展, 現(xiàn)在使用計算機輔助工具進行耐久性設計是可能的,即使車輛原型是成熟的。這降低了耐久性實驗和工程實際車輛生產(chǎn)的規(guī)定時間。已有的動力-應力分析計算了車輛疲勞主要動應力歷程和疲勞表現(xiàn)之后動態(tài)分析及受力分析與相關(guān)的軟件應用,如DADS跟NASTRAN程序,然后整合動態(tài)加載歷程和應力系數(shù)。

5、當各部分的靈活性考慮到的話，這種方法是一個復雜的過程。但是,我們還是不能準確的考慮輪胎材料以及非線性的組件表面之間的相互作用。這種方法也要求分析師在各種軟件應用在各個方面對其進行分析。這需要大量的人力和時間。 圖1、 使用VPG對疲勞強度評價分析的程序圖 為了補充現(xiàn)有的方法進行動態(tài)應力分析,本研究針對: (1)發(fā)展VPG方法,可能僅用一個模型就能夠生產(chǎn)所有必要的結(jié)果,其中包括一項計劃,一個過程； (2)大大降低時間和人力的需要構(gòu)建模式設計分析動力學、準靜態(tài)應力及疲勞； (3)準確分析疲勞度,改善了動態(tài)應力的準確性。 圖1顯示的是使用VPG對疲勞強度評價分析的程序圖。 2

6、現(xiàn)有的動態(tài)應力分析方法 2.1車輛動態(tài)分析 多體動力學分析程序,可用于動態(tài)運動分析，也是利用動態(tài)分析一輛汽車結(jié)構(gòu)。在此研究中,研究了多用途的汽車上有一個框架。分析模型的構(gòu)建使用了DADS,商業(yè)CAE工具。它認為所有部件都是嚴格的剛體。然而,框架的靈活性,被認為是必要的(DADS;Shin和Yoo,2000年)。當部分被認為是僵硬的,檢查主要振動頻率的零件在一個高得多的地區(qū)的路負載是一個重要的研究,。然而明確的定量標準,尚未有尋獲。 用于該研究中的前懸掛的車輛應是一個獨立懸架雙橫臂的類型。該懸架是一種軸有四個鏈接。該模型的仿真在進行的輪子的凹凸測試中經(jīng)過雙方的速度同時為40公里/小時。目的

7、是為了計算每節(jié)懸掛部件的負載對車輛反應力及力矩平衡的影響。假定撞的是一個直與寬160毫米,高85毫米。車輛被以這樣一種方式渡過凹凸到達一個靜力平衡(eta / VPG;Papadrakakis,1981年)。圖2給出的是車架碰撞運行測試圖形動畫。 圖2、 車架碰撞運行測試圖形動畫 2.2 準靜態(tài)應力分析 由動應力分析的歷史來看,其中最流行的一種準靜態(tài)應力分析方法,可以介紹基于有限元應力分析利用在關(guān)節(jié)運動各組成部件等部位力及力矩平衡的反應受到限制?？紤]彈性物體的靈活性，用DADS對多體動力學系統(tǒng)分析其運動方程為 （1） 對于柔軟車體的彈性變形,如果我們忽略了速度和加速度就可以從

8、公式（1）得到公式(2)。 （2） 如果我們考慮的是有限元模型的自由度，公式(2)變成 （3） 如果我們表達一種一般加載歷程為鐵(t)的應力-時間歷程,在車體某一特定點可以介紹一種形式具有n加載歷程的線性函數(shù),如方程(4)所示。 （4） 當為單位力向量加載歷程時，方程可如公式（5）所示 （5） 在靜態(tài)應力分析中,如果一個應力場是在恒定的某一特定時間,我們可以說,線性算子f是獨立于時間的。由疊加原理和靜態(tài)假設,可以得到方程(6)。 （6）

9、這個公式在計算某一特定時間應力-時間歷程時非常有用。 在本研究中,我們建立了有限元模型的框架(圖3)和應用靜態(tài)應力分析和疊加原理模型以取得動態(tài)應力的歷程。當分析模型以40公里/小時輾過一個凹凸跑時，在不同的分析結(jié)果中,圖4和5代表# 1和# 2點應力-時間歷程。 圖3、 準靜態(tài)應力分析模型 圖4、 #1點的動態(tài)應力-時間歷程 圖5、#2點的動態(tài)應力-時間歷程 3 通過虛擬試驗場進行動態(tài)應力分析的方法 直到這一點,正如圖6顯示, 使用相同的分析軟件，現(xiàn)有靜態(tài)應力分析方法不可進行動態(tài)及受力分析。這是因為在數(shù)據(jù)界面軟件的處理過程中它花了大量的時間和金錢(張與唐,1996)。

10、 圖6、現(xiàn)行的方法與假設 然而,通過動態(tài)應力分析方法。通過在虛擬試驗場,我們可以揭示路面與汽車輪胎之間的接觸以及相互作用問題, 非線性材料組件的邊界條件、削減成本等問題(Han等,2000年)。圖7闡述了虛擬試驗場的方法基本概念。此外,圖8顯示的是能適應仿真分析的三種公路形狀。 圖7、VPG概念 （a）波紋型 （b）圓石型 （c）深穴型 圖8、典型路面 成功的輪胎模型必須能夠提供車輛控制、穩(wěn)定性、調(diào)動各力和扭矩從路/輪胎交互作用到一輛汽車底盤/暫停系統(tǒng)的重量。在此模型中

11、，輪胎內(nèi)部的剛度和阻尼特性對加載條件下動態(tài)效應方面的影響也必須考慮在內(nèi)。在這項研究中, 為了建模最現(xiàn)實的輪胎以及對輪胎模式進行LS-DYNA瞬態(tài)和準靜態(tài)動力效應的分析,我們使用了一個薄殼和固體元素模擬了幾種輪胎測試。車輛的模型設計是應用采用了DADS的相同的動力學分析方法。現(xiàn)在,圖9所示的是車輛懸掛部分和輪胎模型的前部和后部。 （a）前懸架部分 （b）后懸架部分 圖9、懸架和輪胎模型 仿真對該模型進行了由同一靜態(tài)應力分析方法的研究。分析模型的圖象如圖10所示。為了降低假想分析所消耗的時間,除了車架和輪胎外所有的部件及路面都是

12、剛體。圖11顯示運動車輾過了一個凹凸跑及使用VPG方法對其進行計算的圖形動畫。圖12和13顯示了動應力的變化情況。在過去,用靜態(tài)應力分析方法,基于研究人員的經(jīng)驗和他們自己的判斷來選取弱點。然而,今天,應用VPG模擬方法,我們可以使用應力分布的圖形動畫不斷地觀察每個步驟應力分布情況,洞悉薄弱環(huán)節(jié)。 圖10、VPG分析模型 圖11、碰撞運行測試圖形動畫 圖12、#1點動態(tài)應力-時間歷程(VPG) 圖13、#2點動態(tài)應力-時間歷程(VPG) 4 比較分析和實驗 根據(jù)靜態(tài)分析方法和VPG模擬方法,我們對他們創(chuàng)造的反復荷載的公路表面裂紋的同一點進行了研究。

13、因此,我們選擇兩個點來檢查歷史上分析當汽車輾過凸起時動應力變化情況結(jié)果的精確度,如圖14,我們將在車架上設置一個應變計和測量動態(tài)應力-時間歷程在40公里/小時的速度凹凸跑。然后,我們將這個結(jié)果與動態(tài)應力-時間歷程的# 1、# 2點相比較。 圖14、凹凸運行測試 圖15對動態(tài)應力-時間歷程,準靜態(tài)試驗,模擬VPG # 1、# 2點進行了比較分析。雖然總體趨勢分析結(jié)果幾乎是相等的,我們可以發(fā)現(xiàn)其靜態(tài)分析表明一種比實驗和不同應力較大的壓力圖形。從實際出發(fā)，這種動態(tài)應力-時間歷程可以帶來不同或有缺陷的計算。 （a）#1點

14、 （b）#2點 圖15、動應力歷程的比較 預測的位置的裂縫分#1和#2,通過準靜態(tài)應力分析和VPG仿真，這是一種一樣的道路模擬加載和實際車輛耐久性測試。圖16和17表示車輛在真正的耐久性測試中裂縫傳播的圖像。 圖16、#1點的疲勞裂紋 圖17、#2點的疲勞裂紋 以量化方式比較凹凸不平的運行仿真和真正地測試結(jié)果是不可能的。然而,因為通常車架的損害來自彎扭載荷，我們可以通過分析車架一個包含彎曲和扭轉(zhuǎn)負載的凹凸跑來決定薄弱環(huán)節(jié)。 5 結(jié)論 通過VPG模擬方法并結(jié)合張緊力和拉緊力之間的關(guān)系，我們就能模擬真實的駕駛環(huán)境。我們能夠建立一個標準的分析預測

15、車輛框架疲勞壽命的方法。這給出了一種比靜態(tài)分析方法更好的分析方法。值得一提的是,該VPG模擬方法能夠較好地模擬汽車零部件、應力、應變之間以及各種表面輪廓之間的接觸問題。在開發(fā)新車型過程中這可能被用來節(jié)省時間和成本。另外,在耐久性優(yōu)化技術(shù)的基礎上和此分析方法相結(jié)合，這可能是一種更好的設計工具。 研究的主要內(nèi)容及技術(shù)的特點如下: 為了分析動態(tài)應力,我們研制比現(xiàn)有的動態(tài)應力分析方法更能夠節(jié)省時間和成本的虛擬實驗場方法。 (2)因為如果沒有任何產(chǎn)品更新，VPG模擬方法就不能使用,所以通常我們可以在每一個新模型的分析上節(jié)約超過90%的時間。 (3)只使用凹凸跑的應力分析VPG仿真,我們可以預測車

16、輛實際耐久性測試的準確的點。 (4)VPG模擬方法也能用于噪音懸吊系統(tǒng)分析和汽車動態(tài)分析。 6 致謝 作者要感謝BK21(Brain Korea 21)為辦理該研究工作所提供的金融支持。 7 參考文獻 Baek, W. K., 1992, "A Study on Fatigue Life Prediction of Suspension Systems Using CAE," KSAE Paper No. 923875. DADS flex manual, CADSI, P.O. Box 203, Oakdale, Iowa

17、 52319. DADS users manual, CADSI, P.O. Box 203, Oakdale, Iowa 52319. Han, D.H., et al., 2000, "Development and Comparative Study on Tire Models in the AutoDyn7 Program," KSME International Journal. Kuo, E.Y. and Kelkar, S.G., 1995, "Vehicle Body Structure Durabil

18、ity Analysis," SAE Paper No. 951096. Shin, S. H. and Yoo, W. S., 2000, "Comparative Study of Dynamic Analysis Techniques in Vehicle Simulation," KSME International Journal. Zhang, Y. and Tang, A., 1996, "The CAE Revolution and the Development of the Virtual Provin

19、g Ground Approach," The 4th International LS-DYNA Conference, Minneapolis, Minnesota, Sept. Zhang, Y., et al., 1997, "Validation of a FEA Tire Model for Vehicle Dynamic Analysis and Full Vehicle Real Time Proving Ground Simulations," SAE Paper No. 971100. eta/VPG ap

20、plication manual, ETA, 1133 E. Maple Rd., suite 200 Troy, MI 48083 USA. eta/VPG users processor manual, ETA, 1133 E. Maple Rd., suite 200 Troy, MI 48083 USA. electricity at no cost, revenue from electricity sales. Poverty alleviation to the removal, to desperate farmers out o

21、f poverty, in conjunction with urbanization, new communities are centrally placed. Poverty in the enterprise, enterprise more powerful, more social responsibility, they should allow more people to enjoy the fruits of development. Conditions to encourage private enterprises to establish Charity Fund

22、for poverty alleviation, employment, grants, financial aid and other forms of poverty alleviation activities, let poverty alleviation aid corporate social responsibility in the specific embodiment, the proper meaning of giving back to the community. Finally reveals to implement poverty alleviat

23、ion policies, older age, incapacity, cannot be achieved through industry support and employment support, such as poverty, children and unable to support the poor, Lo-Fi policy reveals the role to play, eventually incorporated into the low range, and fundamentally solve the problem of poverty. (C) es

24、tablishing and perfecting retreat mechanism. Poverty alleviation is a dynamic project, we must strengthen the farmers information management, dynamic management of poor, really "poor" no place to hide, "poverty" a timely exit, "poor" and "return to the poor" get maximum support and help. To build up the information network system of the poor, poverty the basic information and dynamic entry to the system, to implement dynamic management. According to pro-poor development, timely adjustment on