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采用非线性有限元方法的车架动态受力分析 Gyu Ha Kim*, Kyu Zong Cho 摘要：对于一种完整的车辆工程和发展项目来说，结构完整性是对客车或者轻型卡车的基本要求。车辆产品性能的结果是以耐久性、NVH、防撞性以及乘员安全来衡量。车辆的性能水平直接影响到车辆的市场化、利润，最重要的是未来的汽车制造商。在本研究中，我们使用虚拟实验场方法（VPG）来获取动态压力或拉力的分布情况，VPG使用非线性的、动态的、有限单元法，这些方法大大扩展了传统线性、静态假设的使用范围。VPG的方法也是利用现实的轮胎/路面相互作用的边界条件。为了证实预测的动应力和疲劳临界区，进行了单一碰撞实验、道路模拟加载以及现场试验。对预测结果与实验结果进行比较,综合寿命预测方法论的可行性得到了验证。 关键词:行驶与操纵；VPG方法；动态应力分析；非线性有限单元法 1 前言 在车辆开发过程中，耐久性测试,以及耐撞性测试,需要投入大量的时间和费用。最近CPU和应用软件的迅速发展, 现在使用计算机辅助工具进行耐久性设计是可能的,即使车辆原型是成熟的。这降低了耐久性实验和工程实际车辆生产的规定时间。已有的动力-应力分析计算了车辆疲劳主要动应力历程和疲劳表现之后动态分析及受力分析与相关的软件应用,如DADS跟NASTRAN程序,然后整合动态加载历程和应力系数。当各部分的灵活性考虑到的话，这种方法是一个复杂的过程。但是,我们还是不能准确的考虑轮胎材料以及非线性的组件表面之间的相互作用。这种方法也要求分析师在各种软件应用在各个方面对其进行分析。这需要大量的人力和时间。 为了补充现有的方法进行动态应力分析,本研究针对: (1)发展VPG方法,可能仅用一个模型就能够生产所有必要的结果,其中包括一项计划,一个过程； *联系作者 电子邮件: kimgyuha @ hanmail.net 电话 : +82-62-530-0246; 传真 : +82-62-530-1689 韩国，Gwangju 500-757 ，Yongbong-dong. Buk-gu，300，国立全南大学，机械工程系 （手稿收到于2002年12月23日，:修订于2003年7月19日） 图1 使用VPG对疲劳强度评价分析的程序图 (2)大大降低时间和人力的需要构建模式设计分析动力学、准静态应力及疲劳； (3)准确分析疲劳度,改善了动态应力的准确性。 图1显示的是使用VPG对疲劳强度评价分析的程序图。 2 现有的动态应力分析方法 2.1车辆动态分析 多体动力学分析程序,可用于动态运动分析，也是利用动态分析一辆汽车结构。在此研究中,研究了多用途的汽车上有一个框架。分析模型的构建使用了DADS,商业CAE工具。它认为所有部件都是严格的刚体。然而,框架的灵活性,被认为是必要的(DADS;Shin和Yoo,2000年)。当部分被认为是僵硬的,检查主要振动频率的零件在一个高得多的地区的路负载是一个重要的研究,。然而明确的定量标准,尚未有寻获。 用于该研究中的前悬挂的车辆应是一个独立悬架双横臂的类型。该悬架是一种轴有四个链接。该模型的仿真在进行的轮子的凹凸测试中经过双方的速度同时为40公里/小时。目的是为了计算每节悬挂部件的负载对车辆反应力及力矩平衡的影响。假定撞的是一个直与宽160毫米,高85毫米。车辆被以这样一种方式渡过凹凸到达一个静力平衡(eta / VPG;Papadrakakis,1981年)。图2给出的是车架碰撞运行测试图形动画。 图2、 车架碰撞运行测试图形动画 2.2 准静态应力分析 由动应力分析的历史来看,其中最流行的一种准静态应力分析方法,可以介绍基于有限元应力分析利用在关节运动各组成部件等部位力及力矩平衡的反应受到限制。考虑弹性物体的灵活性，用DADS对多体动力学系统分析其运动方程为 （1） 对于柔软车体的弹性变形,如果我们忽略了速度和加速度就可以从公式（1）得到公式(2)。 （2） 如果我们考虑的是有限元模型的自由度，公式(2)变成 （3） 如果我们表达一种一般加载历程为铁(t)的应力-时间历程,在车体某一特定点可以介绍一种形式具有n加载历程的线性函数,如方程(4)所示。 i=1、……、n （4） 当为单位力向量加载历程时，方程可如公式（5）所示 i=1、……、n （5） 在静态应力分析中,如果一个应力场是在恒定的某一特定时间,我们可以说,线性算子f是独立于时间的。由叠加原理和静态假设,可以得到方程(6)。 （6） 这个公式在计算