横向稳定杆是什么(浅析大客车横向稳定杆的虚拟疲劳分析)

论文关键词：稳定杆；有限元分析；虚拟疲劳分析论文文摘：根据客车稳定杆的几何参数、载荷和约束条件，建立了稳定杆的有限元分析模型。基于疲劳寿命预测理论，结合Abaqus有限元分析软件和nSoft疲劳分析软件，进行虚拟疲劳分析，在短时间内得到稳定杆的疲劳寿命分布和薄弱位置。结果表明，虚拟疲劳分析可以大大缩短产品开发周期，减少测试工作量，降低开发成本。在大多数汽车和公共汽车中，为了防止转向时车身横向倾斜过大等。稳定杆安装在悬架中。稳定杆由弹簧钢制成，水平安装在汽车的前端或后端，呈扁平的“U”形。当汽车转弯时，车身会滚动，稳定杆的一端向下移动，而另一端向上移动，而中间的对不会随着车架在对移动，因此稳定杆会扭曲。弹性稳定杆产生的扭转内力矩阻碍了悬架弹簧的变形，从而减小了汽车的侧倾并使其保持良好的姿态。在实际工作状态下，稳定杆经常受到不同的扭转力，并且随着受力次数的增加，一些零件会出现疲劳失效。因此，疲劳寿命是设计中必须考虑的重要因素，因此有必要利用对稳定杆进行虚拟疲劳分析。在新型双层客车中，前后悬架分别装有一套横向稳定杆。本文基于Abaqus有限元分析软件进行线性静力分析，利用nSoft疲劳分析软件和对稳定杆进行虚拟疲劳分析。1.虚拟疲劳分析的方法和过程1.1疲劳分析的方法疲劳是材料中局部和永久结构变化的发展过程，这些变化在某一点或多个点上承受扰动应力，并在足够的循环扰动后形成裂纹或完全断裂。循环载荷下零件疲劳失效所需的应力或应变循环数称为疲劳寿命。根据失效时的循环数，疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳受应力振幅控制，也称为应力疲劳。高周疲劳是各种机械中最常见的。低周疲劳受应变振幅控制，也称为应变疲劳。根据疲劳破坏的形式，常用三种疲劳分析方法：名义应力法、e-N局部应变法和LEFM裂纹扩展寿命法。其中，S-N名义应力法适用于高周疲劳。1.2虚拟疲劳分析过程虚拟疲劳分析是将有限元应力应变分析结果引入疲劳分析系统；然后，在疲劳分析系统中建立材料的疲劳曲线，选择或输入循环载荷谱，选择合适的疲劳损伤累积规律后，疲劳分析系统自动进行疲劳分析，计算零件的疲劳寿命分布，从而帮助设计人员判断设计寿命是否达到或进行寿命优化设计。图1是虚拟疲劳分析的流程图。NSoft是由nCode公司开发的一个完整的疲劳分析系统。专为解决工程系统的疲劳问题而设计，它主要由数据分析、数据显示、疲劳分析等模块组成。它可用于解决实验室的数据采集、疲劳设计分析和疲劳模拟问题。2.稳定杆的有限元分析2.1几何参数和几何模型的建立稳定杆的结构图见如图2。参数如表1所示，D为稳定杆的直径。利用UG软件建立稳定杆的三维实体模型，然后以IGES格式导入Abaqus有限元分析软件，实体模型为转化有限元模型。2.2材料参数稳定杆的材料为60Si2Mn，材料的弹性模量为E=2.06105兆帕，泊松比为0.29。

2.3单元类型和网格划分的选择四面体固体单元C3D10M具有二次位移特性，能够模拟不规则结构。稳定杆的轴上有许多转折点，细胞分裂后会产生许多不规则的形状。选择这种细胞类型进行分析是有利的。采用自由网格划分，前稳定杆有278657个节点和188694个单元；后稳定杆有223，886个节点和150，321个单元。稳定杆的有限元模型如如图3所示。2.4稳定杆的荷载和约束处理简化力见如图4。两点b和c是稳定杆和稳定杆吊杆之间的接触区域，简化为两个支撑点；两点A和D受到大小相同方向相反的垂直力的作用。两点B和C被视为自由度约束，定义X, Y和Z的位移被约束。A点和D点的应力转化被视为位移载荷。施加的位移载荷是母线满载时稳定杆的偏移。2.5 静力分析静力分析是通过向稳定杆两端施加10毫米的反向位移载荷进行的。位于节点140370的前稳定杆的最大主应力(最大主应力)为623.7兆帕，位于节点214338的后稳定杆的最大主应力为641兆帕。图5是稳定杆最大主应力的云图。绝对对值最大的Abs最大主应力常用于疲劳寿命分析。在本例中，前后稳定杆的绝对对的最大主应力等于它们各自的最大主应力。3.稳定杆的虚拟疲劳分析根据有限元静力分析，前稳定杆的最大米塞斯应力为869兆帕，后稳定杆的最大米塞斯应力为805兆帕。上述应力均小于60Si2Mn的屈服极限。1255兆帕.因此，在工作过程中，前后稳定杆的材料处于弹性变形区，适用于S-N名义应力法的疲劳分析。在本例中，在振幅为110毫米、频率为1-3Hz的条件下，前后稳定杆的疲劳寿命至少需要200，000次。p-s-n 曲线材料60s-n的p-s-n 曲线表达式60Si2Mn为： 1gNp=aP bplga，其中：NP为存活率为p时的疲劳寿命，a为应力幅平均值((MPa)，aP，bP为与存活率相关的材料参数。具体数据见表2。根据表2中的数据，本文采用了一种安全存活率为50%的方法；和b；价值，在国家统计局创造了对的S-N 曲线，如如图5所示。3.2创建循环载荷谱在本例中，定义一个恒定振幅的交变载荷，最大值为1，最小值为1。这里定义的载荷是相位对，它是有限元静力分析中相位对所施加载荷的倍数。1表示疲劳载荷等于有限元静力分析中施加的载荷，而-1表示疲劳载荷等于有限元静力分析中施加的载荷，但方向相反，如如图6所示。3.3虚拟疲劳分析结果分析图7是由nSoft软件构建的稳定杆虚拟疲劳分析流程图。虚拟疲劳分析选用Miner线性损伤累积准则。前稳定杆的最短疲劳寿命为140370节点，应力循环数为：后稳定杆的最短疲劳寿命为214338节点，应力循环数为。疲劳寿命云图和热点检测图见图8和图9。事实上，疲劳寿命最短的节点也是绝对对值最大的主应力所在的节点。上述应力循环数满足前后稳定杆20万倍的使用寿命要求。4.结论1)客车稳定杆的设计满足疲劳寿命要求。2)虚拟疲劳寿命分析与设计在提高对机械产品开发水平、缩短开发周期方面发挥了重要作用3)本文描述的虚拟疲劳分析具有普遍性，对对汽车零部件和结构的设计具有指导意义。