商用车白车身疲劳开裂分析及优化

作者:邵广涛 王鹏 贺建军 王乐勇 刊名:汽车制造业 上传者:李从华

【摘要】基于某款商用车白车身的疲劳台架试验,本文结合CAE分析寻找白车身疲劳开裂的原因,进行车身结构的优化和验证,从而在后续白车身的开发设计中减少车身结构的应力集中区域,降低局部应力,防止车身局部结构发生突变,保证各个接头部位结构变化均匀、连续,实现可靠焊接。

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数字时代 DIGITAL AGE 基于某款商用车白车身的疲劳台架试验,本文结合CAE分析寻找白车身疲劳开裂的原因, 进行车身结构的优化和验证,从而在后续臼车身的开发设计中减少车身结构的应力集中区域,降低局部应力,防止车身局部结构发生突变,保证各个接头部位结构变化均匀、连续,实现可靠焊接。 囗濰柴动力股份有限公司上海研发中心邵广涛王贺建军王乐勇 商用车白车身疲劳开裂分析及优化 变形、断裂、腐蚀、磨损和变 表工况列表 性是材料或结构失效的主要原因与 序号频率/Hz 循环次数 扭矩IkNm加载载荷振幅/kN 形式,其中断裂最为常见也最为危 0一86 000 ± 2.9 2 86 000一200 000 ± 29 险,在很多情况下可能造成灾难性 3 200 000一262 000 +2.9 事故。在断裂事故中又多以疲劳断 4 262 000一919 0開 ± 5月 裂为主,且多属低应力脆性断裂, 5 919 000一1 050 000 ± 5,8 易失察失防。所谓疲劳,引述美国试验与材料协会(ASTM)在“疲 劳试验及数据统计分析之有关术和标准定义" (ASTM E206.72)中所做的描述:在臬点或某些点承受扰动应力,且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程,称为疲劳。 本文以某款商用车的臼车身的疲劳耐久性台架试验结果为依据,结合CAE计算分析,研究疲劳对白车身的危害,分析了疲劳开裂产生的原因,提出了解决方案并进行验证。 白车身疲劳台架试验 1.试验方法(1)支撑方法 如图1所示,设计4个支承件连接白车身前后4个悬首支承处,将臼车身水平支承在整车振动试验台上,并用水平仅检测,保证白车身水平。前后4个悬置各约束5个自由度,释放两个前悬置点绕/轴的转动自由度和两个后悬0点绕x轴的转动自由度。 前悬置支 后罟支架 (2)试验加载 通过双油缸在白车身后悬置支架按表所列工况进行加载。试验时,以后悬置支架处的激励力 图1 试验支撑固定方法 46 《Al车制0豐.2015.15 auto.vogel℃0n1℃n 图2试验中臼车身开裂部位 力为控制目标而不是位移。 2,试验结果 试验终止原则是:由于试验对象破坏和大变形致使激励力无法施加和稳定到试验载荷要求。 试验过程中,在前围外板与侧围外板连接部位车门铰涟的上部左右两侧车身开裂(见图2 ),其中右侧在39 4開次时出现裂纹。试验中同时存在纵向(z向)和横向(x向)两个方向的裂纹,并逐步扩展,最后交汇在一起,直至进行到208259个循环时,激励力无法施加,试验终止。 原因分析及优化 1.原因分析 疲劳通常存在以下几个特 点: (1)只有在承受扰动应力作用下,疲劳才会发生。 (2)疲劳破坏起源于高应 力或高应变的局部。 静载下的破坏取决于结构整体;而疲劳破坏则由应力或应变较为集中的局部开始,形成掼伤并逐渐累积,导致最终破坏。可见,局部性是疲劳的明 auto.vogel.com/n 显特点。零部件及总成的应力集中处,常常是疲劳破坏的起源。 (3)疲劳破坏是在足够多次的扰动载荷作用之后,形成裂纹或完全断裂。 足够多的扰动载荷作用之后,从高应力或高应变的局部开始,形成裂纹。此后,在扰动载荷作用下,裂纹进一步扩展,直至到达临界状态而发生断裂。“裂纹萌生一裂纹扩展一断裂”三个阶段是疲劳破坏的又一持点。 结合以上特点,白车身的疲劳台架试验是在往复循环并不断变化的外力作用下进行的,那产生车身开裂一定是从局部的应力集中的高应力部位开始并不断扩展的。从具体的车身 图5白车身应力云 图6开裂部

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