清掃車(chē)車(chē)架有限元分析

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1、 外文翻譯 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 嚴(yán)國(guó)林 班 級(jí) B機(jī)制074 學(xué) 號(hào) 0710101414 指 導(dǎo) 教 師 劉紹娜 外文資料名稱(chēng)：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(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名：

3、 年 月 日 采用非線性有限元方法的車(chē)架動(dòng)態(tài)受力分析 Gyu Ha Kim*, Kyu Zong Cho 孫寶童譯 摘要：對(duì)于一種完整的車(chē)輛工程和發(fā)展項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)完整性是對(duì)客車(chē)或者輕型卡車(chē)的基本要求。車(chē)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(lái)衡量。車(chē)輛的性能水平直接影響到車(chē)輛的市場(chǎng)化、利潤(rùn)，最重要的是未來(lái)的汽車(chē)制造商。在本研究中，我們使用虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)方法（VPG）來(lái)獲取動(dòng)態(tài)壓力或拉力的分布情況，VPG使用非線性的、動(dòng)態(tài)的、有限單元法，這些方法大大擴(kuò)展了傳統(tǒng)線性、靜態(tài)假設(shè)的使用范圍。VPG的方法也是利用現(xiàn)實(shí)的輪胎/路面相互作用的邊界條件。為了證實(shí)預(yù)測(cè)的

4、動(dòng)應(yīng)力和疲勞臨界區(qū)，進(jìn)行了單一碰撞實(shí)驗(yàn)、道路模擬加載以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,綜合壽命預(yù)測(cè)方法論的可行性得到了驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞:行駛與操縱；VPG方法；動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析；非線性有限單元法 1 前言 在車(chē)輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中，耐久性測(cè)試,以及耐撞性測(cè)試,需要投入大量的時(shí)間和費(fèi)用。最近CPU和應(yīng)用軟件的迅速發(fā)展, 現(xiàn)在使用計(jì)算機(jī)輔助工具進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)是可能的,即使車(chē)輛原型是成熟的。這降低了耐久性實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際車(chē)輛生產(chǎn)的規(guī)定時(shí)間。已有的動(dòng)力-應(yīng)力分析計(jì)算了車(chē)輛疲勞主要?jiǎng)討?yīng)力歷程和疲勞表現(xiàn)之后動(dòng)態(tài)分析及受力分析與相關(guān)的軟件應(yīng)用,如DADS跟NASTRAN程序,然后整合動(dòng)態(tài)加載歷程和應(yīng)力系數(shù)。

5、當(dāng)各部分的靈活性考慮到的話，這種方法是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。但是,我們還是不能準(zhǔn)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(yīng)用在各個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分析。這需要大量的人力和時(shí)間。 圖1、 使用VPG對(duì)疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)分析的程序圖 為了補(bǔ)充現(xiàn)有的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析,本研究針對(duì): (1)發(fā)展VPG方法,可能僅用一個(gè)模型就能夠生產(chǎn)所有必要的結(jié)果,其中包括一項(xiàng)計(jì)劃,一個(gè)過(guò)程； (2)大大降低時(shí)間和人力的需要構(gòu)建模式設(shè)計(jì)分析動(dòng)力學(xué)、準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力及疲勞； (3)準(zhǔn)確分析疲勞度,改善了動(dòng)態(tài)應(yīng)力的準(zhǔn)確性。 圖1顯示的是使用VPG對(duì)疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)分析的程序圖。 2

6、現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析方法 2.1車(chē)輛動(dòng)態(tài)分析 多體動(dòng)力學(xué)分析程序,可用于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)分析，也是利用動(dòng)態(tài)分析一輛汽車(chē)結(jié)構(gòu)。在此研究中,研究了多用途的汽車(chē)上有一個(gè)框架。分析模型的構(gòu)建使用了DADS,商業(yè)CAE工具。它認(rèn)為所有部件都是嚴(yán)格的剛體。然而,框架的靈活性,被認(rèn)為是必要的(DADS;Shin和Yoo,2000年)。當(dāng)部分被認(rèn)為是僵硬的,檢查主要振動(dòng)頻率的零件在一個(gè)高得多的地區(qū)的路負(fù)載是一個(gè)重要的研究,。然而明確的定量標(biāo)準(zhǔn),尚未有尋獲。 用于該研究中的前懸掛的車(chē)輛應(yīng)是一個(gè)獨(dú)立懸架雙橫臂的類(lèi)型。該懸架是一種軸有四個(gè)鏈接。該模型的仿真在進(jìn)行的輪子的凹凸測(cè)試中經(jīng)過(guò)雙方的速度同時(shí)為40公里/小時(shí)。目的

7、是為了計(jì)算每節(jié)懸掛部件的負(fù)載對(duì)車(chē)輛反應(yīng)力及力矩平衡的影響。假定撞的是一個(gè)直與寬160毫米,高85毫米。車(chē)輛被以這樣一種方式渡過(guò)凹凸到達(dá)一個(gè)靜力平衡(eta / VPG;Papadrakakis,1981年)。圖2給出的是車(chē)架碰撞運(yùn)行測(cè)試圖形動(dòng)畫(huà)。 圖2、 車(chē)架碰撞運(yùn)行測(cè)試圖形動(dòng)畫(huà) 2.2 準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力分析 由動(dòng)應(yīng)力分析的歷史來(lái)看,其中最流行的一種準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力分析方法,可以介紹基于有限元應(yīng)力分析利用在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)各組成部件等部位力及力矩平衡的反應(yīng)受到限制。考慮彈性物體的靈活性，用DADS對(duì)多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分析其運(yùn)動(dòng)方程為 （1） 對(duì)于柔軟車(chē)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(dá)一種一般加載歷程為鐵(t)的應(yīng)力-時(shí)間歷程,在車(chē)體某一特定點(diǎn)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(dāng)為單位力向量加載歷程時(shí)，方程可如公式（5）所示 （5） 在靜態(tài)應(yīng)力分析中,如果一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)是在恒定的某一特定時(shí)間,我們可以說(shuō),線性算子f是獨(dú)立于時(shí)間的。由疊加原理和靜態(tài)假設(shè),可以得到方程(6)。 （6）

9、這個(gè)公式在計(jì)算某一特定時(shí)間應(yīng)力-時(shí)間歷程時(shí)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(yīng)用靜態(tài)應(yīng)力分析和疊加原理模型以取得動(dòng)態(tài)應(yīng)力的歷程。當(dāng)分析模型以40公里/小時(shí)輾過(guò)一個(gè)凹凸跑時(shí)，在不同的分析結(jié)果中,圖4和5代表# 1和# 2點(diǎn)應(yīng)力-時(shí)間歷程。 圖3、 準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力分析模型 圖4、 #1點(diǎn)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程 圖5、#2點(diǎn)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程 3 通過(guò)虛擬試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析的方法 直到這一點(diǎn),正如圖6顯示, 使用相同的分析軟件，現(xiàn)有靜態(tài)應(yīng)力分析方法不可進(jìn)行動(dòng)態(tài)及受力分析。這是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)界面軟件的處理過(guò)程中它花了大量的時(shí)間和金錢(qián)(張與唐,1996)。

10、 圖6、現(xiàn)行的方法與假設(shè) 然而,通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析方法。通過(guò)在虛擬試驗(yàn)場(chǎng),我們可以揭示路面與汽車(chē)輪胎之間的接觸以及相互作用問(wèn)題, 非線性材料組件的邊界條件、削減成本等問(wèn)題(Han等,2000年)。圖7闡述了虛擬試驗(yàn)場(chǎng)的方法基本概念。此外,圖8顯示的是能適應(yīng)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(chē)輛控制、穩(wěn)定性、調(diào)動(dòng)各力和扭矩從路/輪胎交互作用到一輛汽車(chē)底盤(pán)/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(duì)加載條件下動(dòng)態(tài)效應(yīng)方面的影響也必須考慮在內(nèi)。在這項(xiàng)研究中, 為了建模最現(xiàn)實(shí)的輪胎以及對(duì)輪胎模式進(jìn)行LS-DYNA瞬態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)動(dòng)力效應(yīng)的分析,我們使用了一個(gè)薄殼和固體元素模擬了幾種輪胎測(cè)試。車(chē)輛的模型設(shè)計(jì)是應(yīng)用采用了DADS的相同的動(dòng)力學(xué)分析方法?，F(xiàn)在,圖9所示的是車(chē)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(duì)該模型進(jìn)行了由同一靜態(tài)應(yīng)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(shí)間,除了車(chē)架和輪胎外所有的部件及路面都是

12、剛體。圖11顯示運(yùn)動(dòng)車(chē)輾過(guò)了一個(gè)凹凸跑及使用VPG方法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算的圖形動(dòng)畫(huà)。圖12和13顯示了動(dòng)應(yīng)力的變化情況。在過(guò)去,用靜態(tài)應(yīng)力分析方法,基于研究人員的經(jīng)驗(yàn)和他們自己的判斷來(lái)選取弱點(diǎn)。然而,今天,應(yīng)用VPG模擬方法,我們可以使用應(yīng)力分布的圖形動(dòng)畫(huà)不斷地觀察每個(gè)步驟應(yīng)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(yùn)行測(cè)試圖形動(dòng)畫(huà) 圖12、#1點(diǎn)動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程(VPG) 圖13、#2點(diǎn)動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程(VPG) 4 比較分析和實(shí)驗(yàn) 根據(jù)靜態(tài)分析方法和VPG模擬方法,我們對(duì)他們創(chuàng)造的反復(fù)荷載的公路表面裂紋的同一點(diǎn)進(jìn)行了研究。

13、因此,我們選擇兩個(gè)點(diǎn)來(lái)檢查歷史上分析當(dāng)汽車(chē)輾過(guò)凸起時(shí)動(dòng)應(yīng)力變化情況結(jié)果的精確度,如圖14,我們將在車(chē)架上設(shè)置一個(gè)應(yīng)變計(jì)和測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程在40公里/小時(shí)的速度凹凸跑。然后,我們將這個(gè)結(jié)果與動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程的# 1、# 2點(diǎn)相比較。 圖14、凹凸運(yùn)行測(cè)試 圖15對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程,準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn),模擬VPG # 1、# 2點(diǎn)進(jìn)行了比較分析。雖然總體趨勢(shì)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(shí)驗(yàn)和不同應(yīng)力較大的壓力圖形。從實(shí)際出發(fā)，這種動(dòng)態(tài)應(yīng)力-時(shí)間歷程可以帶來(lái)不同或有缺陷的計(jì)算。 （a）#1點(diǎn)

14、 （b）#2點(diǎn) 圖15、動(dòng)應(yīng)力歷程的比較 預(yù)測(cè)的位置的裂縫分#1和#2,通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力分析和VPG仿真，這是一種一樣的道路模擬加載和實(shí)際車(chē)輛耐久性測(cè)試。圖16和17表示車(chē)輛在真正的耐久性測(cè)試中裂縫傳播的圖像。 圖16、#1點(diǎn)的疲勞裂紋 圖17、#2點(diǎn)的疲勞裂紋 以量化方式比較凹凸不平的運(yùn)行仿真和真正地測(cè)試結(jié)果是不可能的。然而,因?yàn)橥ǔ＼?chē)架的損害來(lái)自彎扭載荷，我們可以通過(guò)分析車(chē)架一個(gè)包含彎曲和扭轉(zhuǎn)負(fù)載的凹凸跑來(lái)決定薄弱環(huán)節(jié)。 5 結(jié)論 通過(guò)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(shí)的駕駛環(huán)境。我們能夠建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分析預(yù)測(cè)

15、車(chē)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(chē)零部件、應(yīng)力、應(yīng)變之間以及各種表面輪廓之間的接觸問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)新車(chē)型過(guò)程中這可能被用來(lái)節(jié)省時(shí)間和成本。另外,在耐久性優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)上和此分析方法相結(jié)合，這可能是一種更好的設(shè)計(jì)工具。 研究的主要內(nèi)容及技術(shù)的特點(diǎn)如下: 為了分析動(dòng)態(tài)應(yīng)力,我們研制比現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析方法更能夠節(jié)省時(shí)間和成本的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)方法。 (2)因?yàn)槿绻麤](méi)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(gè)新模型的分析上節(jié)約超過(guò)90%的時(shí)間。 (3)只使用凹凸跑的應(yīng)力分析VPG仿真,我們可以預(yù)測(cè)車(chē)

16、輛實(shí)際耐久性測(cè)試的準(zhǔn)確的點(diǎn)。 (4)VPG模擬方法也能用于噪音懸吊系統(tǒng)分析和汽車(chē)動(dòng)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(xiàn) 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