论文部分内容阅读
汽车底盘结构件的轻量化与疲劳性能研究是国内外的热点之一。与其相关的文献有很多,但其中与汽车副车架疲劳寿命研究有关的文献中,并没有考虑生产制造过程中的残余应力对副车架疲劳寿命的影响。因此本文针对真空压铸工艺生产的国内某企业的品牌轿车铝合金副车架,利用CAE仿真技术设计出了合适的浇注系统,并结合CAE仿真技术与台架试验研究了残余应力对该款副车架疲劳寿命的影响。主要工作与结果如下:(1)采用Unigraphics NX按照安装尺寸对原本的副车架进行结构优化,从而获得能够实现真空压铸工艺生产的铝合金副车架三维模型,可以保证在强度、结构尺寸满足要求的前提下,使得副车架重量从14kg减到了 8.3kg,轻量化效果明显。并对副车架进行浇注系统设计与建模,并用铸造仿真软件进行铸造仿真,依据仿真结果和实际生产条件利用Unigraphics NX对浇注系统进行优化,从而获得合理的浇注系统、排气与溢流系统。(2)运用ProCAST模拟获得了该款副车架的铸造残余应力场;模拟结果表明在副车架的结构复杂、壁厚变化较大部位产生了较大的残余应力,残余应力最大值为83.1MPa。建立考虑了残余应力与不考虑残余应力的两种有限元模型,并将这两种模型分别导入HyperMesh中进行材料属性、边界条件与载荷设置。再运用ABAQUS进行应力计算,分别获得了两种模型侧向、纵向、垂向工况下的应力分布情况,得知铸造残余应力使副车架侧向、纵向、垂向工况的加载应力最大值分别增大了 137%、133%、300%;结果表明残余应力使副车架的加载应力最大值产生了明显的增大现象。(3)运用Seeger’ s Method算法与平均应力修正法获得材料的S-N曲线,分别将考虑了残余应力与不考虑残余应力两种模型的加载应力分析结果导入FE-Safe软件进行疲劳寿命仿真,并对比两种模型在侧向、纵向以及垂向工况下的疲劳寿命,得知铸造残余应力分别使副车架侧向、纵向、垂向工况的疲劳寿命降低了 48%、71.3%、32.5%;该结果表明残余应力的存在大幅降低了该款副车架的疲劳寿命。(4)对真空压铸生产的副车架进行台架试验和装车路试,结果表明考虑了残余应力的疲劳寿命仿真结果更加接近台架试验结果,并且该款副车架符合实际的使用要求。因此在实际真空压铸铝副车架产品结构的研发阶段需要考虑残余应力对结构的影响,从而设计出最为合理的副车架结构。