基于隨機(jī)振動(dòng)的某客車車架疲勞壽命研究

蔡加加，王東方，蘇小平，寧士翔，金裕存

（1.南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；2.寧波躍進(jìn)汽車前橋有限公司，浙江 寧波 315021）

0 引言

車架作為客車的主要承載部件，其強(qiáng)度、剛度及疲勞壽命都直接關(guān)系到整車的安全性、舒適性及使用年限［1］。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，有80%～95%的結(jié)構(gòu)失效都是源于疲勞失效，而引起疲勞失效的循環(huán)載荷的峰值往往遠(yuǎn)小于在靜態(tài)斷裂分析估算出來的“安全”載荷，因此，開展對車架的疲勞研究有著重要的意義。

本文將動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模擬成為一個(gè)線性傳遞函數(shù)，采用頻域方法對某客車車架進(jìn)行疲勞壽命研究［2］。

1 車架頻率響應(yīng)分析

1.1 車架有限元模型

本文研究的客車車架為典型的邊梁式車架，由于車架大部分零件是由薄鋼板經(jīng)沖壓成型，因此可采用殼單元模擬車架的結(jié)構(gòu)部件。首先抽取零件中面，對縱梁和側(cè)翼板采用10mm的四邊形殼單元進(jìn)行劃分，對橫梁以及與橫梁焊接的縱梁處采用5mm的四邊形殼單元進(jìn)行劃分，對不能抽取中面的部件，如第3，4，6根橫梁與縱梁連接板，可采用5mm的實(shí)體網(wǎng)格劃分。圖1為建好的車架有限元模型。

1.2 頻響分析

對車架進(jìn)行單位加速度激勵(lì)下的頻率響應(yīng)分析，約束及加載情況如下：前后懸架與車架連接處約束除x向和z向平動(dòng)以外的所有自由度；分別在兩前、后懸架與車架連接處施加z向單位加速度激勵(lì)［3］，采用直接法進(jìn)行求解，激勵(lì)頻率為0Hz～20Hz。以前懸為例，左前懸架與車架連接點(diǎn)處的位移響應(yīng)函數(shù)如圖2所示。……