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扭转梁疲劳分析方法

2018-06-26 11:48:47·  来源：上汽安全与CAE技术  
　
扭转梁是一种典型的半独立悬架，主要连接车身，减震器，弹簧及后芯轴，主要功能是传递悬架载荷，支撑弹簧、减震器、后芯轴、制动管路，并满足几何学和弹性运动的要求。
扭转梁是一种典型的半独立悬架，主要连接车身，减震器，弹簧及后芯轴，主要功能是传递悬架载荷，支撑弹簧、减震器、后芯轴、制动管路，并满足几何学和弹性运动的要求。



▲ 扭转梁结构

扭转梁结构虽然简单，但是受力复杂：左右轮心作用相互影响，常见扭转梁变形模式为扭转和弯曲。这两种模式下，扭转梁分别会出现不一样的失效模式。在整车开发周期中，扭转梁常见的疲劳分析方法有准静态法，瞬态分析法，频率分析法三种。



▲ 扭转梁后桥



▲ 扭转梁CAE模型

1准静态分析法

准静态法是表示扭转梁快速通过惯性释放法，确定应力分布和相应的损伤。不管是项目前期的静态工况还是动载工况评估，都可以用准静态方法快速确定扭转梁损伤。

静态工况即在扭梁各硬点加载恒定幅值力，若干单工况评价扭转梁耐久状态，一般用于扭转梁概念阶段发布。动载工况即通过单位力准静态评估应力，再通过动态载荷线性叠加确定最后损伤，用于扭转梁软模及硬模阶段发布。



▲ 准静态分析法

2瞬态分析法

瞬态分析法是指当路面激励频率大于扭转梁固有频率三分之一时，扭转梁疲劳需考虑动载激励共振耐久加剧的影响。瞬态分析法可分为直接法和模态叠加法。直接法是在扭转梁受载工况中加载时间历程，并计算时间历程下每个时间点的应力状态，并进一步做疲劳计算。这种方法应力评估计算时间长，计算文件大的问题。

模态叠加法即可解决计算时间的问题，模态叠加法是通过先计算扭转梁自由模态及模态应力，与每条路面每个硬点通道激励下的模态坐标位移，再在疲劳软件做计算叠加，得到考虑振动的疲劳损伤。目前该方法在识别焊缝风险区域效果较好。



▲ 一阶扭转应力



▲ 二阶弯曲应力

3频率分析法

频率分析法是指扭转梁考虑路面激励下的频率响应，并基于功率谱密度函数对载荷时间历程扫描，并与模态应力作疲劳评估。该方法相比模态叠加法有更高的效率，但是随机载荷的动力响应未完成整个瞬态分析。对于扭转梁对左右轮心相位十分敏感，如果采用扫频PSD谱法，容易遗漏部分关键信号，在扭转梁上疲劳评估精度不如模态叠加法。



▲ 频响曲线

准静态法、瞬态分析法、频率分析法三种方法依据载荷类型不同而区分，不同方法有着不同的效率和计算范围。当扭转梁固有频率大于路面激励3倍时，准静态法即可满足耐久精度的要求。而当固有频率小于路面激励的3倍时，需要瞬态分析法和频率分析法对扭转梁焊缝疲劳精度做进一步修正。


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