基于振动疲劳的某微型客车车身疲劳分析(制造业自动化).docx

基于振动疲劳的某微型客车车身疲劳分析

Fatigueanalysisformicrobusbodyframebasedonthevibrationfatigue

邢志伟，惠延波，冯兰芳，王宏晓，夏兆义

XINGZhi-wei,HUIYan-bo,FENGLan-fang,WANGHong-xia,XIAZhao-yi

（河南工业大学先进制造研究所，郑州450007）

摘要：汽车结构的疲劳特性一向是倍受关注的性能指标之一，而应力历程是结构疲劳分析准确的基本

前提，在，在已由Adams/car提

取载荷历程的前提下利用MD·NASTRAN与MSC·FATIGUE采用理对某微

型客车的车身疲劳进行分析，并找出寿命较小的部位，为改进设计提供参考。

关键词：振动疲劳；频域处理；动力响应；功率谱密度；PDF；传递函数

中文分类号：U463文献标识码：A文章编号：1009-0134(2013)06(下)-0065-03

Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2013.06(下).19

0引言

在振动疲劳分析中，载荷和响应是以频域的

形式进行表述的，其中功率谱密度（PSD）是最普

随着汽车市场的竞争趋势越发激烈，作为汽

遍的一种形式，可以有效的反应出信号中各段频

车最重要性能指标之一的耐久性也越来越受到重

率的能量分布。结合对应频率响应结果可以推出

视，而随着有限元分析技术和计算机辅助工程

应力幅值的概率密度函数（PDF），之后可以根据

的发展，在车辆设计阶段对其进行疲劳寿命分析

已成为现实，可以很好的对结构设计起到指导作

用，大大缩短了研发周期，节约开发成本。

传统疲劳计算中的Miner累计损伤法则求出疲劳损

伤，在计算中还需要结合材料的S-N曲线

[2]。

疲劳的基本概念是：材料或结构受到多次重1振动载荷的处理

复变化的载荷作用后，应力值没有超过材料的强

由线性系统的振动方程下式，在时域中可以

度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发

根据相应的时间步进行积分求解：

生破坏[1]。而在疲劳分析方法中无论是名义应力法

还是局部应力应变法，分析对象准确的应力谱都

式中为位移向量，、、分别

是得到正确结果的前提。

为质量、阻尼、刚度矩阵，为载荷向量。

目前，疲劳寿命分析按照载荷处理方式的不

但是当我们要进行振动疲劳分析时，就需要

同可以区分为静态与动态，也可以分别在时域和

对载荷形式进行转换了，振动疲劳分析中将

频域中进行应力应变响应的分析。时域的静态

载荷向量进行傅里叶转换生成功率谱密度矩阵：

法是传统的疲劳分析方法，它是在车身结构上首

先进行单位载荷的应力应变分析，之后将各个单

位载荷的应力应变结果和相应的时间历程进行叠

加，来代替实际载荷的应力应变结果，可以看出

这种方法所反映的应力应变结果一直是静力状态

式中m是载荷通道的个数，对角线上是载荷对

下的结果，当已经明确知道载荷远离结构固有频

应载荷的自相关函数，非对角线上是载荷的互相

率的情况下是可以得到近似的结果的，但是在未

关函数。由上式可知时域的振动方程也可转化为

知随机载荷或者是载荷频率接近固有频率时静态

频域的代数方程：

法就偏差较大了。动态的频域法相对静态的时域

法就可以克服这一不足之处，在频域法中可以很

式中就是输入载荷与输出响应之间的传

好的反应其动力响应。

收稿日期：2013-01-18

基金项目：河南省科技基金资助项目（112102210470）作者简介：邢志伟（1986-），男，在读硕士，主要从事汽车结构有限元分析。

第35卷第6期2013-06(下)【65】

用更加广泛[4]，它根据PSD的矩表示概率密度函

递函数：。

通过求解频域的线性代数方程就可以得到频数，大量工程应用证明Dirlik假设是至今为止最好

域中位移的响应即位移的功率密度谱，之后通过的方法：

有限元的计算即可得到疲劳分析所需要的应力响

应。

2振动疲劳理论

在已知频域的应力响应即应力的功率密度谱

的前提下，我们需要直接从应力的功率密度谱下

得到雨流法处理过的应力幅值的概率密度函数

（PDF），而概率密度函数（PDF）作为相应的功

率密度谱（PSD）下的统计学特性可以有PSD的矩

得到。

至此由以上理论已经可以计算出相应载荷的积

累损伤，则循环总数也就是其全部损伤的倒数

，也就可以计算相应的当量寿命

[5]。

Mn表示PSD函数的第n个矩。

3基于振动疲劳分析微客车身疲劳雨流计数中的单位时间内雨流正向零点穿越

数的平均比例，也称为当量频率，为：

由前文可知目前求解车身疲劳常用的时域静

态法不