基于虚拟载荷谱的车桥结构疲劳寿命估算

王鹏利

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）

随着汽车行业的快速发展，汽车结构的舒适性、安全性越来越受到人们的重视，每开发一种新车型，都需要在道路试车厂中对车辆进行疲劳耐久性试验，这种方法耗费较多时间和经费，不能适应汽车行业的快速发展。近年来，虚拟仿真技术在各行业中应用广泛。

车桥通过悬架与车架相连，是车辆承载的重要部件，车桥的疲劳破坏都是在高水平应力的持续作用下发生的随机疲劳破坏，随机疲劳破坏一般采用基于功率谱密度的频域分析法。

1 随机载荷谱

考虑车桥结构的疲劳寿命问题，主要是得到其载荷谱。轮胎对车桥产生直接激励，而轮胎受到的激励是由于随机路面不平度引起。

目前，路面不平度的虚拟仿真方法主要有谐波叠加法、积分单位白噪声法、滤波整形白噪声法以及利用ARMA模型的方法。这些方法所得路面不平度数据存在一定误差。文章采用傅立叶变换及数据采样定理获得路面不平度数据，并应用到ANSYS的随机振动分析模块中。

设xm是路面不平度的采样数据，则其离散傅立叶变换为

Xk的离散傅立叶变换的模值为

对Xk进行离散傅立叶逆变换可得路面不平度

图1 F级路面不平度曲线

地面作用于轮胎的激励时间频率下限fl=0.1Hz，上限fu=30Hz，车辆响应的频率范围为0.5～20Hz，车辆的平均车速ν=m/s，车辆的行驶路况以F级路面等级进行模拟，F级路面不平度系数Gd（n0）=16384。用该算法求得沿车辆行驶方向500m的路面不平度曲线，如图1所示。

2 车桥模型的建立与分析

车桥材料为高强度钢42CrMo，单元类型为Solid92单元，对局部进行网格细划，得到12956个单元。模态分析求得车桥结构前10阶固有频率，如表1所示。

表1 车桥结构前10阶固有频率

3 车桥疲劳强度分析

Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累积损伤理论的损伤公式为：

通过前面的计算和通用后处理器观察可知，载荷步（load step）1的第十个子步1σ的最大Von miss应力值为245.523 MPa，如图2所示。在该路况下，分别求出结构平均振动频率和nσ值，取总体损伤D=1，代入总体损伤公式（4）可得：T=2.77×104小时，即该工程车辆累积行驶约9.97×105km。

图2 F级路面上车桥结构随机振动应力分布图

4 结语

文章通过虚拟仿真的方法对路面不平度进行研究，得到路面不平度数据。并应用ANSYS的随机振动分析模块，进行模态分析和频率响应分析并得到了1σ的最大应力值为245.532MPa，结合Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累积损伤理论的三区间法对车桥结构的疲劳寿命进行预测。

参考文献

［1］徐占，过学迅，汪斌.标准路面谱重构及软件实现［J］.设计·研究，2009，（3）：23-26.