转向油罐支架频率响应及疲劳寿命计算分析

    0 引言

    疲劳破坏是引起工程结构和构件失效的主要原因之一。汽车上很多结构件在使用过程中会受到来自路面的位移或加速度激励而产生振动，转向油罐及其支架也面临这方面的工况，因此在设计时就要考虑到动强度校核，进行相应的振动疲劳寿命验证。有限元疲劳仿真计算能够提供零部件表面的疲劳寿命分布，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，通过改进设计可以在设计初期避免不合理的寿命分布。与传统试验方法相比，它可以减少试验样机的数量，缩短产品开发周期，进而降低开发成本，提高市场竞争力。因此，本文以转向油罐及其支架为主要研究对象，有限元仿真分析了其频率响应和振动疲劳寿命，主要目的是为设计出满足性能要求的转向油罐支架提供一定的参考依据。

    1 有限元模型的建立

    1.1 三维实体模型

    本文分析的转向油罐支架有两种方案，其三维几何模型如图1所示，其中a为方案l，b为方案2。两种方案的不同之处为图中红色方框所示的位置。

    图1 转向油罐三维几何模型

    1.2 建立有限元网格模型

    将转向油罐三维几何模型导入HyperMesh前处理软件中，建立有限元网格模型，如图2所示。其中，钣金件用四边形单元离散，基本单元尺寸：10mm;铸件用四面体单元离散，基本单元尺寸：1?5mm。

    图2 转向油罐有限元网格模型

    1.3 转向油罐支架材料属性

    本文主要分析转向油罐支架的频率响应及疲劳寿命，其材料为20钢，密度为7.80E-9Kg/mm3,弹性模量为2.13E+5MPa，泊松比为0.282,抗拉强度为410MPa，屈服强度为245MPa。

    1.4 边界条件

    约束与车架相连的四个螺栓孔的123456自由度，同时在其节点处分别施加沿x、y、z方向的1G的单位加速度激励。

    2 有限元计算及结果

    2.1 转向油罐支架频率响应分析

    本文运用RADI0SS求解器对转向油罐支架进行了频率响应分析计算，使用HyperView查看结果文件，其结果如图3所示，其中a_c分别为方案1沿x、y、z方向施加1G单位加速度激励情况下的频率响应分析结果，d-f分别为方案2沿x、y、z方向施加1G单位加速度激励情况下的频率响应分析结果。可以看出，方案1在x、y、z方向出现共振时的最大应力分别为127.0MPa、50.7MPa、180.2MPa，方案2在x、y、z方向出现共振时的最大应力分别为123.2MPa、61.0MPa、178.5MPa，两种方案在共振时的最大应力均小于材料的屈服强度245MPa(汇总结果见表1)，满足设计要求，表明方案1和方案2均可行。