疲勞壽命計算需要載荷的變化歷程、結構的幾何參數，以及有關的材料性能參數或曲線。
　　
　　用有限元方法計算疲勞壽命通常分為兩步：**步是計算應力應變響應。第二步是結合材料性能參數，應用不同的疲勞損傷模型進行壽命計算。疲勞壽命的預測精度既依賴于應力應變響應的正確模擬，也依賴于預測模型的合理使用。
　　
　　本文以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎，S-N方法用名義應力或局部應力預測實際構件的疲勞壽命，可以選擇的應力參數有**主應力、von-Mises應力、Tresca應力等。損傷累積計算可以使用常規的Palmgren-Miner線性法則，能進行Good-man和Gerber平均應力修正，也能進行考慮表面加工和表面處理影響的壽命計算。這一方法對于低應力高周疲勞壽命預測比較**。特別是對于一些復雜的零部件或焊接件，直接使用實測的“零部件S-N”曲線通常能獲得合理的壽命估計。
　　
　　2 白車身CAE有限元模型的建立
　　
　　駕駛室白車身含有零件數目眾多，并且常含有復雜的曲面，用網格準確描述其幾何特征的難度較高，復雜的曲面會產生許多網格上的問題，如單元畸變、網格細小、網格失真等諸多問題。對數目繁多、曲面復雜的零部件劃分高質量的網格工作量大、難度高。經網格質量檢查后，不合格網格數為162個，網格失效百分比為0.0%，整體上網格的形狀較為理想，網格質量較高，為計算結果的準確性提供了一個必要條件。圖2為白車身整車的有限元模型。
　　
　　除此之外，白車身各個部件之間是通過焊接連接起來的，兩部件在焊接處具有完全相同的自由度，為剛性連接，可用一維rigid單元模擬表示。在整個白車身模型中焊點多達上萬個，需利用rigid面板在焊點位置逐個施加。并且焊點與焊點、焊點與約束之間很容易出現過約束的情況。圖3為焊點圖。
　　
　　商用車靜態典型工況為全扭曲工況模擬白車身兩前輪同時著地時，主副駕駛員重力、臥鋪人員重力以及車身自重對白車身產生靜態彎曲作用的情況。
　　
　　全扭曲工況模擬白車身兩前輪均懸空時，主副駕駛座上相對反向的作用力對白車身產生靜態全扭曲作用的情況。此工況下主駕駛座從下至上均布于兩個連接座椅的部件上施加了1000N的力，副駕駛座從上至下均布于兩個連接座椅的部件上施加了1000N的力。全扭曲工況兩前輪均懸空，車身前端兩個與前輪連接位置均無約束；后端兩處約束表示車身與車架的連接，同樣限制了X、Y、Z三個方向的自由度，約束節點位置固定。圖4為車頂向下視圖全扭曲工況載荷與約束在空間上的位置關系。經Nastran分析后，主后杠仍為主要應力部件，**應力達403MPa，不僅超過材料屈服極限，而且超過了材料抗拉極限。圖5為全扭曲靜態析的應變云圖，**變形為19.13mm。
　　
　　3 白車身有限元模型的疲勞分析
　　
　　利用上述的加載靜態CAE仿真分析的有限元應力結果，設置載荷信息并關聯有限元工況，導入MSC.Fatigue中計算。圖6為全曲工況動態疲勞分析壽命云圖，與車架的連接處的疲勞壽命達不到107次的應力要求，圖7為壽命最差節點列表，可見最差節點在經受7.885E4次應力循環時便產生疲勞破壞，不符合疲勞壽命的要求。需經過結構優化提高這些節點的疲勞壽命。


　　在車身結構優化改進中，通常采用的方法有改變零件的局部形狀尺寸、調整局部零部件的位置、增加加強筋或輔助零件、整體采用較厚的鋼板或采用拼焊板材料的方法。采用改變零件的局部形狀尺寸、調整局部零部件的位置要對原有的零部件進行改動，并有可能影響到全車整體的布局，在制造工藝上，有可能要調整模具，成本高，一般不宜采用；增加加強筋或輔助零件、整體采用較厚的鋼板的方法，適用于形狀并不十分復雜的零部件。使用拼焊板技術不用改變零部件的位置，根據車身不同部位強度的要求，合理使用一些不同強度的材料，不需要焊接加強筋，減輕車身的質量，減少車身零件的數量，是**的結構優化方法。由于拼焊板可以一次成形，減少了大量沖壓加工的設備和工序，縮減了模具的安裝過程，簡化車身制造過程。
　　
　　經全扭曲工況動態疲勞分析后，白車身的**疲勞壽命次數為10E+5.88，低于10E+7次，需要進行疲勞壽命的優化。圖8列出了疲勞壽命最差的一些點，顯示了疲勞壽命存在問題的區域。該疲勞壽命問題為局部問題，可對疲勞出現局部疲勞壽命問題的部件更換材料。
　　
　　更換的材料為MANTEN_MSN，其彈性模型為E=2.034E+5，抗拉極限為σb=600MPa，更換材料后，最差壽命點的疲勞壽命從原來的10E+5.8751優化為3×10E+7。全扭曲工況的動態疲勞壽命得到了改善。
　　
　　4 小結
　　
　　本論文基于應力分析結果，采用**的疲勞壽命預估方法，利用專業耐久性疲勞壽命分析系統MSC.Fatigue 對該型商用車白車身進行S-N全壽命分析，得其疲勞壽命分布與危險點的壽命值。采用結構優化、合理選材等方法，提高白車身結構的疲勞壽命。完成了白車身動態疲勞壽命的優化。最終優化后，白車身各工況整車的疲勞壽命均修正至107次循環以上。

CAE專區：http://articles.e-works.net.cn/CAE/

solid edge專區：http://solidedge.e-works.net.cn/


資訊來源：http://articles.e-works.net.cn/CAE/