白车身强度台架试验方法及疲劳寿命的研究

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1、1绪论1绪论随着中国改革开放的不断深入开展，汽车行业已经成为我国的支柱行业之一，新近公布的汽车产业政策提出：我国汽车行业的近期目标是在2010年前使我国成为世界主要汽车制造国，汽车产品满足国内市场大部分需求并批量进入国际市场。同时，国家的汽车产业政策也明确支持国内汽车企业形成产品创新能力和自主开发能力，而车身开发技术则成为自主开发需要首先解决的问题。本课题的目的在于研究现有某车型车身在不同加载条件下的应力分布和疲劳强度，探索车身疲劳强度的试验方法，为企业自主开发车身提供准确的评价标准，进而促进车身开发能力的提高。1.1问题的提出及研究意义车身是汽车的主要承载部分，是乘员的活动空间和

2、货物的存放空间，对于承载式车身而言是悬架部件、底盘部件和车身附件的安装基础，也是承受各种交变载荷的关键部分，因此车身的结构性能十分重要。车身的结构性能需要考核的方面很多，其中最主要的包括下面几个方面：1)碰撞安全强度；2)车身的固有特性，包括模态、扭转刚度和弯曲刚度等；3)关键部位的连接强度；4)车身整体的疲劳强度。前三个方面都有其对应的标准的试验方法来验证，且某些试验如碰撞等已经成为国际通用标准，因此比较容易考核。只有整车车身的疲劳强度试验方法是各个企业自行制定的，试验方法及评价方法各不相同，而且都是属于企业的内部[1][2][3][4]规范和核心机密，没有公开和通用的标准可以借

3、鉴。当前，对车身整体疲劳强度的试验考核都包括两个阶段：台架试验阶段和道路试验阶段。理论上，道路试验是最符合汽车实际行驶状况的试验方法，其试验结果最能真实的反映整个车身的结构强度。但是由于道路试验危险性大、时间周期长，数据一致性差、易受外界因素影响等原因，所以必须在台架试验验证车身疲劳强度达标后才能采用。因此车身强度台架试验在车身疲劳强度的考核中非常重要。但是如果车身强度台架试验方案和评价体系不合理，则不能完全暴露出车身强度存在的问题，就会将问题遗留给可靠性道路试验，这样的话就必然浪费企业的人力和财力，延长了开发周期，给企业带来了经济损失；如果道路试验也无法暴露问题，这样的产品进入市

4、场将给消费者的生命和财产带来不可挽回的损失，同时企业也将承担“召回”所导致的经济和形象上的严峻挑战，甚至导致企业倒闭。因此，形成一套企业自主的、科学合理的车身疲劳台架试验方法非常重要。1重庆大学硕士学位论文1.2车身强度台架试验方法研究现状车身强度台架试验方法一般由试验条件（主要是载荷）、夹具的设计、台架的安装、试验数据采集和处理、疲劳寿命估算等过程组成。显然要研究试验方法就必须从这几个方面入手，找到它们各自的规律和相互的规律才能制定出合理科学的试验方法。汽车在实际行驶过程中车身受到的载荷非常复杂，其主要包括由地面不平度引起的垂直方向的载荷、汽车转向或侧向风引起的侧向载荷和由汽车加

5、速、制动引起的纵向方向载荷。台架强度试验的设计原则是能够模拟整车在实际行驶寿命中所受的外力，但由于汽车在实际使用过程中的受力情况千差万别，国外企业的一般做法是长期跟踪大量样本车的实际行驶状况和故障状况，根据统计学理论建立道路谱输入和车身疲劳之间的数学模型，并利用该模型来设计台架强度试验。这种方式能够较为准确的考核车身等关键部件的疲劳寿命，但是时间长、耗费大，目前在国内仅有少数企业或科研单位进行过一些探索，还未进入成熟应用阶段。台架强度试验通常采用等幅循环和道路模拟两种方法。等幅循环试验方法利用理论计算，将车身在行驶过程中所受外力简化、分解为各个方向的交变载荷，即频率恒定、幅值相等的

6、正弦波载荷，然后将车身通过夹具进行约束，在悬架处施加载荷。该方法的特点是：将车身所受到的复杂外力简化为等幅交变载荷，在试验条件上容易实现；对设备要求较低，投入少，无须麻烦的数据处理；简单易用、对技术人员的要求低；由于分解了各个方向的受力，宜于了解故障模式与受力方向之间的关系，但试验时间较长；难以完全模拟整车所受外力，且受试验装夹条件的限制，试验结果不够准确，难以定量评价与汽车实际使用寿命之间的关系。道路模拟试验指的是在台架上快速实现车身的道路载荷历程，并提供车身当量使用里程作为车身疲劳性能参数，该方法在欧美汽车工业发达国家已经得到应用，并且收到非常好的效果，该方法是国内车身强度台架

7、试验的发展方向。载荷的大小主要考虑的问题是载荷的强化问题，因为车身疲劳试验往往周期很长，在可接受的误差范围内，尽可能的减少试验的周期。而目前常用的载荷强化方式包括：1）增大试验载荷的频率，增大试验的试验频率对试验结果一般不产生影响，这样可以部分缩短试验时间，但是该方法仅适用于简单的疲劳试验。2）高频小载荷的折算或忽略，高频小载荷一般占用了大部分试验时间，但它们却产生小部分的疲劳损伤，在相关疲劳性能数据已知的情况下，可以按当量损伤21绪论原则把高频小载荷折算成低频大载荷