某车型水箱下横梁开裂分析研究

针对某车型可靠性试验时发生车身水箱下横梁异常开裂问题,通过多体动力学分析获得车身悬置点载荷并进行有限元分析,对车身水箱下横梁开裂问题进行分析和验证.结果表明水箱下横梁异常开裂是由于下横梁台阶处有应力集中现象,台阶开裂位置的最大应力值为294.2 MPa,选用材料为HC340LAD+Z,屈服的极限为340 MPa,但因高周疲劳（循环次数较多）依然产生破坏,找到开裂原因,并提出结构优化方案,通过道路试验验证,优化后的结构能够满足设计要求.     

半挂牵引车车架疲劳可靠性分析及优化

首先建立车架几何模型以及相应的有限元分析模型,分析车架的强度与刚度。在Adams中建立车架的多体动力学模型,计算求出悬架与车架连接处的动态外载荷作为车架疲劳仿真分析的载荷谱。在疲劳可靠性分析软件Fatigue中,通过准静态疲劳寿命分析方法计算出车架的疲劳寿命。利用粒子群多目标优化算法,以车架的各纵横梁为设计变量,以车架的较低应力和较轻质量为优化目标,选取较为合理的车架纵、横梁设计尺寸。结果显示优化后车架满足强度要求,质量减轻了近20 kg,疲劳寿命也提高了8.6%。该分析方法既可用于车架的抗疲劳设计等问题研究,也为其他工程实际问题提供了设计参考依据。     

基于ANSYS的汽车仪表板横梁焊接支架模态分析

采用有限元分析软件ANSYS对汽车仪表板横梁焊接支架进行模态分析,得到支架的前6阶固有频率和振型。结果表明,横梁支架低阶固有频率远离汽车发动机的怠速激振频率,不会出现整体共振现象;横梁支架结构优化时,要重点考虑驾驶舱面板左右安装支架、中部左右连接支架以及离合器踏板支架等构件。     

基于虚拟迭代技术的汽车喇叭支架疲劳分析

针对某汽车喇叭支架避振片断裂问题,采用虚拟迭代技术与有限元相结合的方法进行支架的疲劳寿命分析.在对半车架和驾驶室的有限元模态分析的基础上,获得了半车架和驾驶室的中性文件,采用刚柔耦合建模法建立了驾驶室、车架和虚拟台架多体动力学模型,利用虚拟迭代方法提取了喇叭支架安装点处的载荷谱并对支架进行了疲劳分析.结果表明:支架避振片处最大损伤值为31.356,将发生疲劳破坏,破坏区域与实际断裂部位一致;采取增加一片避振片的改进措施,改进后的喇叭支架避振片最大损伤值远小于1.000,满足疲劳寿命要求;在模型准确的前提下,由虚拟迭代方法获得的载荷谱可有效地应用于汽车零部件的疲劳分析中.     

山地烤烟苗期揭膜机机架结构优化

为降低山地烤烟苗期揭膜机机架质量,本文通过DesignModeler建立了山地烤烟苗期揭膜机机架的几何模型,对揭膜机匀速作业和调头两种工况下的机架进行了应力分析,采用多目标遗传算法对机架结构进行了优化。结果表明:机架最大应力出现在揭膜机掉头工况下横梁方钢管与立柱连接处,应力值为123.89 MPa;优化后机架总质量为5.9564 kg,比优化前减轻了19.84%;优化后机架最大应力为129.84 MPa,虽比优化前略重,但远小于机架所用材料Q235的最大许用应力值235 MPa。     

基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法

针对基于疲劳寿命的结构优化耗时长的缺点,该文将抗疲劳设计方法和优化技术相结合,研究一种基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法.以飞机起落架为研究对象,采用动力学仿真获得子结构疲劳寿命分析的载荷谱.以拉丁超立方试验设计方法建立了疲劳寿命的二次响应面模型,实现了某型飞机起落架前撑杆结构疲劳寿命优化设计,使其疲劳寿命提高了5.4倍.优化结果验证了方法的有效性.     

全地形车车架结构灵敏度分析及轻量化设计

为了快速有效地降低某全地形车生产成本,利用有限元前处理软件HyperMesh建立了某全地形车车架结构的有限元模型,运用Optistruct求解器计算其自由模态并与已有的试验结果进行对比,验证了该模型的正确性。通过Optistruct分析车架在多种工况下的应力分布和变形情况,计算其疲劳寿命并进行灵敏度分析,提出该车架结构轻量化方案,并分析优化后车架结构强度及疲劳寿命,证明了此轻量化方案具有一定的有效性。轻量化车架结构减轻了6.606 3kg,表明通过灵敏度分析能够提高结构优化效率以及轻量化效果。     

龙门加工中心横梁的优化设计

通过对某横梁进行静、动态特性分析，找出横梁的薄弱位置，以横梁的柔度最小为目标函数，运用变密度法对其进行拓扑优化，确定去除材料。通过对4种不同结构筋板的静态性能和动态性能进行比较，确定了井字型结构性能最优。优化结果表明，改进后横梁的质量减少2 508 kg，位移变形量减小16.29%,1～3阶模态的固有频率分别提高了7.40%, 7.72%, 12.32%，为龙门加工中心横梁的结构设计提供了一定的理论依据。     

管桩预应力自动张拉机张拉部件的优化设计与疲劳寿命分析

针对现有管桩预应力张拉机的张拉部件因疲劳强度不足而引起断裂问题,设计了合抱式张拉部件,并结合实际生产工况进行了疲劳寿命分析和结构优化。以提高系统的响应速度为目标对张拉部件进行了轻量化的结构优化设计;考虑到其受到的变幅载荷是随机的,得到的疲劳寿命具有较大的离散性,且在前期优化设计中变幅载荷曲线难以准确获取,故对张拉部件进行了寿命预测和疲劳强度评估,将变幅载荷转化为峰值的恒幅载荷条件分析了其疲劳寿命。通过结合改善变截面处应力集中等方法,结果表明：重量减轻了3.5%,疲劳寿命提升了15.5%。本研究对优化设计方案的疲劳寿命预测与评估有工程实用价值,可为张拉机的设计与工程化提供参考。     

玄武岩纤维树脂混凝土填充结构龙门加工中心横梁优化设计

为探索提高机床加工精度、稳定性和可靠性的新途径,提出了玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber reinforced concrete,BFPC)填充结构龙门加工中心机床横梁新构型.首先,以某龙门机床横梁为原型初步设计了BFPC填充结构横梁.其次,利用有限元法对原型横梁的静、动态性能进行分析.再次,根据此分析结果利用Workbench软件中多目标遗传算法(MOGA)对BFPC横梁进行优化.最后对优化后的BFPC填充结构横梁进行验证,结果表明:与原型横梁相比,优化后的BFPC填充结构横梁质量减轻9.14%;最大应力和最大变形分别降低6.54%和10.06%;前六阶固有频率均得到不同程度的提高,其中一阶固有频率提高8.6%;在X、Y、Z三个方向上的最大共振峰值分别降低75.56%、78.05%和75.38%.证明BFPC填充结构横梁在保证轻量化的前提下可显著提高横梁乃至整机静、动态性能的有效性.     

疲劳损伤线的初步研究

为了提高汽车零部件在载荷谱下的疲劳累积损伤预测精度,基于汽车结构强度在疲劳寿命初期的上升又下降的过程,提出了一种新的疲劳损伤线确定方法.该方法以现有的应力-寿命曲线(S-N曲线)为基础,以S-N曲线上的转折点为原点逆时针旋转,以S-N曲线斜率的2/3作为损伤线的斜率,得到估算损伤线,且对两级循环载荷下的累积损伤进行合理解释.     

钢桥面板U肋与盖板焊缝构造细节疲劳性能评估

为了评估正交异性钢桥面板U肋与盖板焊缝构造细节的疲劳性能,以九江长江公路大桥钢箱梁实际结构为研究对象,设计疲劳试样进行疲劳试验,得到用于该构造细节处疲劳寿命评估的失效概率分别为50%及2.3%的Δσ-N(应力幅-循环次数)曲线,参照欧州EC.3规范规定,将所得疲劳曲线延长至长寿命区,提出适合该细节处的疲劳设计曲线及其方程。依据实测车辆荷载谱及简化的钢桥有限元模型,选择合理的加载方式与荷载冲击系数,计算得到构造细节疲劳关注点的应力-时间历程曲线及名义应力谱,并对该构造细节的疲劳寿命进行评估。研究结果表明:在实测车辆荷载谱作用下,该构造细节处最大应力幅为45.39MPa,小于疲劳截止限,该细部构造满足疲劳设计要求;研究成果可为公路大桥维修保养和健康监控等提供参考依据。     

铁路钢桥节点既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命

为评估服役中铁路钢桥由于环境腐蚀作用产生初始裂纹后的剩余疲劳寿命,对列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处在环境腐蚀形成初始裂纹后的疲劳裂纹扩展寿命进行研究。以铜九(铜陵—九江)线鄱阳湖铁路钢桥为背景,基于子模型法的多尺度建模方法,运用通用有限元软件建立铁路钢桥整体壳体模型和节点横梁处含初始裂纹的精细网格划分的实体模型,获得了在列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处的精确动应力响应;基于断裂力学的四参数Forman公式对铁路钢桥在4种不同初始裂纹长度下的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命进行了评估与对比,并对有无环境腐蚀作用下的疲劳裂纹扩展寿命进行了对比分析。结果表明:基于子模型法的壳-实体多尺度建模方法既可以满足大型复杂结构在数值计算过程中的计算效率,又能够满足评估疲劳寿命计算所需的精确动力响应要求,可以精确评估铁路钢桥腐蚀疲劳裂纹扩展寿命;铁路钢桥既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命主要产生在小裂纹扩展阶段,计算得到0.5mm初始裂纹扩展到10mm时需要循环484 509次,占总扩展寿命的50.2%;铁路钢桥疲劳裂纹扩展寿命受环境腐蚀的影响非常大,其比无腐蚀疲劳裂纹扩展寿命降低79%左右。研究结果可为预测疲劳裂纹发展趋势、评估铁路钢桥剩余寿命和评定结构的安全性与运营能力提供参考。     

矿用清障车托举机构疲劳寿命分析及结构优化

研究矿用清障车托举机构的疲劳寿命,并针对传统经验设计下的结构进行优化设计.采用多体动力学和有限元联合仿真的方法,建立整车刚柔耦合动力学模型,将仿真获得的载荷时间历程作为托举机构疲劳分析的随机载荷谱,利用S-N方法对托举机构进行疲劳寿命预测.结果显示,机构最小疲劳寿命为4.54×106次(相当于4.3年),对于需要长期运作的矿用车来说该值偏小.进而采用基于变密度法的拓扑优化方法以静态多工况刚度和动态低阶固有频率为目标对托举机构进行优化设计,获得了最优的臂架拓扑图,再对托举机构进行尺寸优化,依据优化结果完成新托举机构的设计.最后与原托举机构的强度和疲劳寿命进行比较,结果表明,优化后的托举机构强度和疲劳寿命分别改善了11.7%和521%.     

基于ANSYS的悬架弹簧疲劳寿命仿真及优化

针对汽车悬架弹簧疲劳破坏的问题,以国内某品牌轿车悬架螺旋弹簧为研究对象,使用三维建模软件建立三维模型。以搓板路,鱼鳞坑路,扭曲路三种混合路面的激励信号为载荷,使用ANSYS软件进行疲劳分析,得到该弹簧在该复合路面激励下最小的周期寿命为1.9975e5次,计算得到汽车能够保证弹簧最危险部位不产生裂纹或者断裂的安全行驶距离约为9.98万公里。对该螺旋弹簧进行结构尺寸上的优化,再分析后最小周期寿命为2.02e5次,最大里程数为10.1万公里,相比优化前疲劳寿命得到了提高。     

600MPa级汽车大梁钢疲劳极限确定和疲劳断裂原因分析

为确定薄板坯连铸连轧(flexible thin slab rolling,FTSR)短流程生产线生产的600 MPa级汽车大梁钢是否满足装车要求,利用升降法研究了汽车大梁钢的抗疲劳性能。研究结果表明,采用对数试验应力-对数疲劳寿命拟合的方法要优于直接采用试验应力-疲劳寿命,计算得到了不同存活率下的P-S-N曲线,由图得到疲劳极限强度为294 MPa,经过数值计算得到的疲劳极限强度为287. 1 MPa。采用扫描电子显微镜对疲劳试样进行了断口分析,发现疲劳断裂为韧性断裂,夹杂物为裂纹的起源,结合试验钢的性能指标和装车试用考核结果,确认FTSR生产线开发的600 MPa级汽车大梁钢满足装车使用要求。     

基于有限元仿真的食管支架疲劳寿命计算

介绍了食管支架的应用背景及其研究现状,用有限元数值模拟方法计算了食管支架的疲劳寿命.根据实际情况,提出合理的假设与简化条件,完成了几何模型及有限元模型的创建、材料模型的选取及边界条件的正确设置.通过对不同头数、不同丝径的裸架和覆膜支架的疲劳寿命的计算,得出支架丝径越大、头数越多,支架径向刚度和强度就越大,疲劳寿命也越大的结论.建立了食管支架体外加速疲劳试验装置,对不同头数、相同丝径的覆膜支架进行疲劳寿命的试验.试验结果与数值模拟结果一致,证明了数值模拟方法的合理性及有效性.数值模拟与试验相结合能为食管支架的优化设计提供有价值的参考.     

基于疲劳寿命的多体结构优化方法研究

针对某型运输机前起落架,通过运用MSC工程软件,建立了一套基于疲劳寿命的多体结构优化方法。该方法首先通过多体动力学仿真,获得前起落架的工作载荷历程。然后应用有限元和疲劳分析进行联合求解,预测前起落架的疲劳寿命。而后根据预测结果,找出部件结构的最薄弱环节,并应用结构优化方法对结构细节进行优化处理,使结构薄弱环节的疲劳寿命提高,从而达到延长整个多体结构疲劳寿命的目的。     

基于灰色系统模型GM(1,1)改进Miner准则的液压支架底座疲劳寿命预测

针对疲劳寿命预测中传统疲劳累积损伤准则(即Miner准则)存在误差较大的问题,为了提高固体充填液压支架疲劳寿命的预测精度和保证服役过程的安全可靠性,利用灰色系统模型GM(1,1)对传统Miner准则加以改进.以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架的底座为研究对象,基于ANSYS对危险工况下底座应力进行分析,同时结合疲劳试验对底座进行寿命预测.结果表明:相比传统Miner准则,改进Miner准则的预测精度提高了40.32%,为固体充填液压支架疲劳寿命预测提供了一种有效的方法,对其安全服役具有一定的参考意义.     

基于网格变形与代理模型的横梁参数化建模与轻量化优化

建立了包含导轨结合面的横梁有限元模型,并通过模态实验验证了有限元模型的正确性,在多种极限工况下对原横梁进行了静动态特性分析与评价;针对现有优化方法的不足,采用了一种新的优化设计方法:通过网格变形技术实现结构尺寸的参数化建模,基于拉丁超立方采样、相对灵敏度分析和Kriging近似模型建立横梁结构优化的代理模型以代替现有的有限元仿真模型;以体积最小为优化目标,以刚度、强度和动态性能不变为约束条件,采用遗传算法进行优化设计.优化结果表明:在保持横梁最大变形、静刚度以及一阶模态频率基本不变的情况下,横梁总质量减少了58 kg(减少了5.9%).