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　　疲勞壽命計(jì)算需要載荷的變化歷程、結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，以及有關(guān)的材料性能參數(shù)或曲線。
　　
　　用有限元方法計(jì)算疲勞壽命通常分為兩步：**步是計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。第二步是結(jié)合材料性能參數(shù)，應(yīng)用不同的疲勞損傷模型進(jìn)行壽命計(jì)算。疲勞壽命的預(yù)測(cè)精度既依賴于應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的正確模擬，也依賴于預(yù)測(cè)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(chǔ)，S-N方法用名義應(yīng)力或局部應(yīng)力預(yù)測(cè)實(shí)際構(gòu)件的疲勞壽命，可以選擇的應(yīng)力參數(shù)有**主應(yīng)力、von-Mises應(yīng)力、Tresca應(yīng)力等。損傷累積計(jì)算可以使用常規(guī)的Palmgren-Miner線性法則，能進(jìn)行Good-man和Gerber平均應(yīng)力修正，也能進(jìn)行考慮表面加工和表面處理影響的壽命計(jì)算。這一方法對(duì)于低應(yīng)力高周疲勞壽命預(yù)測(cè)比較**。特別是對(duì)于一些復(fù)雜的零部件或焊接件，直接使用實(shí)測(cè)的“零部件S-N”曲線通常能獲得合理的壽命估計(jì)。
　　
　　2 白車身CAE有限元模型的建立
　　
　　駕駛室白車身含有零件數(shù)目眾多，并且常含有復(fù)雜的曲面，用網(wǎng)格準(zhǔn)確描述其幾何特征的難度較高，復(fù)雜的曲面會(huì)產(chǎn)生許多網(wǎng)格上的問(wèn)題，如單元畸變、網(wǎng)格細(xì)小、網(wǎng)格失真等諸多問(wèn)題。對(duì)數(shù)目繁多、曲面復(fù)雜的零部件劃分高質(zhì)量的網(wǎng)格工作量大、難度高。經(jīng)網(wǎng)格質(zhì)量檢查后，不合格網(wǎng)格數(shù)為162個(gè)，網(wǎng)格失效百分比為0.0%，整體上網(wǎng)格的形狀較為理想，網(wǎng)格質(zhì)量較高，為計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了一個(gè)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(gè)部件之間是通過(guò)焊接連接起來(lái)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(gè)白車身模型中焊點(diǎn)多達(dá)上萬(wàn)個(gè)，需利用rigid面板在焊點(diǎn)位置逐個(gè)施加。并且焊點(diǎn)與焊點(diǎn)、焊點(diǎn)與約束之間很容易出現(xiàn)過(guò)約束的情況。圖3為焊點(diǎn)圖。
　　
　　商用車靜態(tài)典型工況為全扭曲工況模擬白車身兩前輪同時(shí)著地時(shí)，主副駕駛員重力、臥鋪人員重力以及車身自重對(duì)白車身產(chǎn)生靜態(tài)彎曲作用的情況。
　　
　　全扭曲工況模擬白車身兩前輪均懸空時(shí)，主副駕駛座上相對(duì)反向的作用力對(duì)白車身產(chǎn)生靜態(tài)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(gè)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(gè)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(gè)與前輪連接位置均無(wú)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(gè)方向的自由度，約束節(jié)點(diǎn)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(guān)系。經(jīng)Nastran分析后，主后杠仍為主要應(yīng)力部件，**應(yīng)力達(dá)403MPa，不僅超過(guò)材料屈服極限，而且超過(guò)了材料抗拉極限。圖5為全扭曲靜態(tài)析的應(yīng)變?cè)茍D，**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(tài)CAE仿真分析的有限元應(yīng)力結(jié)果，設(shè)置載荷信息并關(guān)聯(lián)有限元工況，導(dǎo)入MSC.Fatigue中計(jì)算。圖6為全曲工況動(dòng)態(tài)疲勞分析壽命云圖，與車架的連接處的疲勞壽命達(dá)不到107次的應(yīng)力要求，圖7為壽命最差節(jié)點(diǎn)列表，可見(jiàn)最差節(jié)點(diǎn)在經(jīng)受7.885E4次應(yīng)力循環(huán)時(shí)便產(chǎn)生疲勞破壞，不符合疲勞壽命的要求。需經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高這些節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命。


　　在車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)中，通常采用的方法有改變零件的局部形狀尺寸、調(diào)整局部零部件的位置、增加加強(qiáng)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(diào)整局部零部件的位置要對(duì)原有的零部件進(jìn)行改動(dòng)，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(diào)整模具，成本高，一般不宜采用；增加加強(qiáng)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(fù)雜的零部件。使用拼焊板技術(shù)不用改變零部件的位置，根據(jù)車身不同部位強(qiáng)度的要求，合理使用一些不同強(qiáng)度的材料，不需要焊接加強(qiáng)筋，減輕車身的質(zhì)量，減少車身零件的數(shù)量，是**的結(jié)構(gòu)優(yōu)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(shè)備和工序，縮減了模具的安裝過(guò)程，簡(jiǎn)化車身制造過(guò)程。
　　
　　經(jīng)全扭曲工況動(dòng)態(tài)疲勞分析后，白車身的**疲勞壽命次數(shù)為10E+5.88，低于10E+7次，需要進(jìn)行疲勞壽命的優(yōu)化。圖8列出了疲勞壽命最差的一些點(diǎn)，顯示了疲勞壽命存在問(wèn)題的區(qū)域。該疲勞壽命問(wèn)題為局部問(wèn)題，可對(duì)疲勞出現(xiàn)局部疲勞壽命問(wèn)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(diǎn)的疲勞壽命從原來(lái)的10E+5.8751優(yōu)化為3×10E+7。全扭曲工況的動(dòng)態(tài)疲勞壽命得到了改善。
　　
　　4 小結(jié)
　　
　　本論文基于應(yīng)力分析結(jié)果，采用**的疲勞壽命預(yù)估方法，利用專業(yè)耐久性疲勞壽命分析系統(tǒng)MSC.Fatigue 對(duì)該型商用車白車身進(jìn)行S-N全壽命分析，得其疲勞壽命分布與危險(xiǎn)點(diǎn)的壽命值。采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、合理選材等方法，提高白車身結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。完成了白車身動(dòng)態(tài)疲勞壽命的優(yōu)化。最終優(yōu)化后，白車身各工況整車的疲勞壽命均修正至107次循環(huán)以上。

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