一種汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，包括：步驟1a、路譜數(shù)據(jù)采集與校正；1b、對(duì)校正后路譜進(jìn)行簡(jiǎn)化、校準(zhǔn)；步驟2、分別模擬冬季和夏季的環(huán)境溫度，對(duì)前大燈開燈與不開燈兩種工況下的內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真，得到四種情況下的前大燈溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；通過市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果確定開燈和不開燈的時(shí)間比例，建立溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)；步驟3、建立前大燈總成有限元模型，輸入各零部件熱物性和力學(xué)特性，對(duì)各結(jié)構(gòu)之間相互接觸和裝配關(guān)系進(jìn)行定義，導(dǎo)入溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)，施加路譜激勵(lì)，計(jì)算一個(gè)循環(huán)內(nèi)車燈總成結(jié)構(gòu)的熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，并通過疲勞分析軟件計(jì)算得到前大燈熱機(jī)疲勞壽命。本發(fā)明能夠在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)汽車前大燈的疲勞壽命。
【專利說明】一種汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車測(cè)試技術(shù)，具體涉及一種汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激勵(lì)，各汽車廠家對(duì)車輛的疲勞壽命問題越來越重視。汽車前大燈作為車輛的主要照明設(shè)備，其結(jié)構(gòu)可靠性，直接影響車輛的操縱性和安全性。目前，車燈結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)初期主要考慮與整車的裝配關(guān)系以及光學(xué)性能的實(shí)現(xiàn)，只在產(chǎn)品驗(yàn)證階段通過試驗(yàn)對(duì)其壽命進(jìn)行評(píng)估，缺少足夠的手段在設(shè)計(jì)階段來預(yù)測(cè)其疲勞壽命，市場(chǎng)上因疲勞破壞產(chǎn)生的前大燈故障較多。
[0003]前大燈在車輛行駛過程中受到車身傳遞來的隨機(jī)載荷，主要有開燈和不開燈兩種典型工況，在這兩種工況下，燈體內(nèi)部的溫度分布差異很大。同時(shí)，前大燈還要接受來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱輻射，季節(jié)變化導(dǎo)致環(huán)境溫度也有很大的差異。前大燈殼體和內(nèi)部支架大部分都采用塑料材料，其材料性能對(duì)溫度十分敏感，計(jì)算前大燈的疲勞壽命時(shí)，必須綜合考慮溫度對(duì)材料性能的影響。
[0004]大型有限元模型無法處理長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)域信號(hào)，需要對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)化，而且如何保證簡(jiǎn)化后載荷的準(zhǔn)確度一直是個(gè)難題。目前，對(duì)于隨機(jī)載荷的疲勞計(jì)算通常將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，并利用基于功率譜密度(Power spectral Density,PSD)載荷譜的傳遞函數(shù)法來求解，這種方法無法考慮溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，有很大的局限性，用來計(jì)算前大燈的疲勞壽命準(zhǔn)確度較低。對(duì)前大燈進(jìn)行模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的固有頻率遠(yuǎn)大于激勵(lì)載荷頻率，前大燈不存在動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，基于這個(gè)特點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種新的汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，能在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)汽車前大燈的疲勞壽命。
[0006]本發(fā)明所述的汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，包括以下步驟:
步驟1、前大燈機(jī)械載荷處理
la、路譜數(shù)據(jù)采集與校正
在前大燈與車身連接處安裝三向振動(dòng)加速度傳感器，按試驗(yàn)場(chǎng)整車道路可靠性試驗(yàn)的路段要求，采集不同級(jí)別路面的組合路譜，并對(duì)路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，消除數(shù)據(jù)中的奇異點(diǎn)和因系統(tǒng)性干擾因素引起的趨勢(shì)項(xiàng)；
lb、對(duì)校正后的路譜進(jìn)行簡(jiǎn)化、校準(zhǔn)保留數(shù)據(jù)中的峰值載荷的特征，對(duì)低于疲勞極限的載荷進(jìn)行等效處理，將簡(jiǎn)化前后的路譜信號(hào)利用傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻域的功率譜密度信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比和校準(zhǔn)，直到路譜簡(jiǎn)化后和簡(jiǎn)化前的功率譜密度信號(hào)的均方根值誤差滿足要求，則該簡(jiǎn)化后的路譜為等效路譜；步驟2、前大燈熱載荷的處理:分別模擬冬季和夏季的環(huán)境溫度，對(duì)前大燈開燈與不開燈兩種工況下的內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真，得到四種情況下的前大燈溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；再結(jié)合通過市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果確定開燈和不開燈的時(shí)間比例，建立溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)；
步驟3、熱機(jī)耦合疲勞壽命分析:建立前大燈總成有限元模型，輸入各零部件熱物性和力學(xué)特性，對(duì)各結(jié)構(gòu)之間相互接觸和裝配關(guān)系進(jìn)行定義，導(dǎo)入步驟2計(jì)算得到的溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)，施加步驟lb所得的等效路譜進(jìn)行激勵(lì)，計(jì)算一個(gè)循環(huán)內(nèi)車燈總成結(jié)構(gòu)的熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，將計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞分析軟件中，設(shè)置材料的疲勞屬性，指定前面分析的時(shí)間段內(nèi)的熱機(jī)耦合應(yīng)力場(chǎng)為一個(gè)壽命循環(huán)載荷，通過計(jì)算得到前大燈熱機(jī)疲勞壽命。
[0007]所述步驟2中的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)分別通過冬季整車道路試驗(yàn)和夏季整車道路試驗(yàn)采集得到；
使用熱學(xué)分析軟件分別得到考慮環(huán)境溫度仿真分析前大燈關(guān)閉狀態(tài)下的溫度場(chǎng)分布，以及考慮環(huán)境溫度與燈泡熱輻射仿真分析前大燈開啟狀態(tài)下的溫度分布。
[0008]所述步驟la中，使用高通濾波法、平衡偏斜法和最小二乘法對(duì)采集的路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
[0009]所述步驟lb中，路譜簡(jiǎn)化后和簡(jiǎn)化前的功率譜密度信號(hào)的均方根值誤差在10%以內(nèi)。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):能夠在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)車輛前大燈的疲勞壽命，與在產(chǎn)品驗(yàn)證階段通過試驗(yàn)驗(yàn)證相比，能夠節(jié)約成本、縮短研發(fā)周期，提前尋找導(dǎo)致前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命低的危險(xiǎn)位置，為設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1所示的汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，包括以下步驟:
步驟1、前大燈機(jī)械載荷處理
la、路譜數(shù)據(jù)采集與校正:在前大燈與車身連接處安裝三向振動(dòng)加速度傳感器，按試驗(yàn)場(chǎng)整車道路可靠性試驗(yàn)的路段要求(該路段由坑洼路、卵石路、搓板路和比利時(shí)路等不同級(jí)別的路面按比例組合的路譜)，采集不同級(jí)別路面的組合路譜，使用高通濾波法、平衡偏斜法和最小二乘法對(duì)采集的路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，消除數(shù)據(jù)中的奇異點(diǎn)和因系統(tǒng)性干擾因素引起的趨勢(shì)項(xiàng)。校正的具體方法是在MATLAB中編寫算法，輸入原始路譜，經(jīng)過程序計(jì)算后即得出校正后路譜載荷。
[0013]lb、對(duì)校正后的路譜進(jìn)行簡(jiǎn)化、校準(zhǔn):由于實(shí)際測(cè)試的路譜信號(hào)數(shù)據(jù)量很大，為了便于分析時(shí)激勵(lì)載荷的施加，需簡(jiǎn)化測(cè)試數(shù)據(jù)，保留數(shù)據(jù)中的峰值載荷的特征，對(duì)低于疲勞極限的載荷進(jìn)行等效處理，比如:將波動(dòng)較小的鋸齒型曲線段擬合為光滑曲線，將低于疲勞極限的載荷曲線簡(jiǎn)化為直線，使得數(shù)據(jù)量在幾百的量級(jí)。將簡(jiǎn)化前后的路譜信號(hào)利用傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻域的功率譜密度信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比和校準(zhǔn)。若簡(jiǎn)化前的功率譜密度信號(hào)與簡(jiǎn)化后的功率譜密度信號(hào)的均方根值相差較大，則需對(duì)簡(jiǎn)化后的路譜進(jìn)行修正，直到路譜簡(jiǎn)化后和簡(jiǎn)化前的功率譜密度信號(hào)的均方根值誤差在10%以內(nèi)，則認(rèn)為該簡(jiǎn)化后的路譜為等效路譜。
[0014]步驟2、前大燈熱載荷的處理
分別模擬冬季和夏季的環(huán)境溫度，對(duì)前大燈開燈與不開燈兩種工況下的內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真，得到四種情況下的前大燈溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)。其中，環(huán)境溫度數(shù)據(jù)分別通過冬季整車道路試驗(yàn)和夏季整車道路試驗(yàn)采集得到。使用熱學(xué)分析軟件(比如:Flotherm)分別得到考慮環(huán)境溫度仿真分析前大燈關(guān)閉狀態(tài)下的溫度場(chǎng)分布，以及考慮環(huán)境溫度與燈泡熱輻射仿真分析前大燈開啟狀態(tài)下的溫度分布。再結(jié)合通過市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果確定開燈和不開燈的時(shí)間比例，建立溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)。
[0015]步驟3、熱機(jī)耦合疲勞壽命分析
在HyperMesh軟件中對(duì)前大燈各零部件進(jìn)行網(wǎng)格離散，將離散的網(wǎng)格模型導(dǎo)入ABAQUS，建立前大燈總成有限元模型，輸入各零部件熱物性和力學(xué)特性，對(duì)各結(jié)構(gòu)之間相互接觸和裝配關(guān)系進(jìn)行定義，比如:調(diào)節(jié)遠(yuǎn)光燈光線角度和方向的調(diào)光機(jī)構(gòu)，其萬向球頭在初始裝配中存在較大的過盈量，同時(shí)受到預(yù)緊螺栓的預(yù)緊力作用，初始狀態(tài)下就承受較大的機(jī)械負(fù)荷作用。導(dǎo)入步驟2計(jì)算得到的溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)，施加步驟lb所得的等效路譜進(jìn)行激勵(lì)，計(jì)算一個(gè)循環(huán)內(nèi)車燈總成結(jié)構(gòu)的熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，將計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞分析軟件中(比如:MSC.Fatigue)，設(shè)置材料的疲勞屬性，指定前面分析的時(shí)間段內(nèi)的熱機(jī)耦合應(yīng)力場(chǎng)為一個(gè)壽命循環(huán)載荷，通過計(jì)算得到前大燈熱機(jī)疲勞壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、前大燈機(jī)械載荷處理 la、路譜數(shù)據(jù)采集與校正 在前大燈與車身連接處安裝三向振動(dòng)加速度傳感器，按試驗(yàn)場(chǎng)整車道路可靠性試驗(yàn)的路段要求，采集不同級(jí)別路面的組合路譜，并對(duì)路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，消除數(shù)據(jù)中的奇異點(diǎn)和因系統(tǒng)性干擾因素引起的趨勢(shì)項(xiàng)； lb、對(duì)校正后的路譜進(jìn)行簡(jiǎn)化、校準(zhǔn) 保留數(shù)據(jù)中的峰值載荷的特征，對(duì)低于疲勞極限的小幅值載荷進(jìn)行等效處理，將簡(jiǎn)化前后的路譜信號(hào)利用傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻域的功率譜密度信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比和校準(zhǔn)，直到路譜簡(jiǎn)化后和簡(jiǎn)化前的功率譜密度信號(hào)的均方根值誤差滿足要求，則該簡(jiǎn)化后的路譜為等效路譜； 步驟2、前大燈熱載荷的處理:分別模擬冬季和夏季的環(huán)境溫度，對(duì)前大燈開燈與不開燈兩種工況下的內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真，得到四種情況下的前大燈溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)；再結(jié)合通過市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果確定開燈和不開燈的時(shí)間比例，建立溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)； 步驟3、熱機(jī)耦合疲勞壽命分析:建立前大燈總成有限元模型，輸入各零部件熱物性和力學(xué)特性，對(duì)各結(jié)構(gòu)之間相互接觸和裝配關(guān)系進(jìn)行定義，導(dǎo)入步驟2計(jì)算得到的溫度場(chǎng)組合數(shù)據(jù)，施加步驟Ib所得的等效路譜進(jìn)行激勵(lì)，計(jì)算一個(gè)循環(huán)內(nèi)車燈總成結(jié)構(gòu)的熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，將計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)熱機(jī)耦合應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞分析軟件中，設(shè)置材料的疲勞屬性，指定前面分析的時(shí)間段內(nèi)的熱機(jī)耦合應(yīng)力場(chǎng)為一個(gè)壽命循環(huán)載荷，通過計(jì)算得到前大燈熱機(jī)疲勞壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，其特征在于:所述步驟2中的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)分別通過冬季整車道路試驗(yàn)和夏季整車道路試驗(yàn)采集得到； 使用熱學(xué)分析軟件分別得到考慮環(huán)境溫度仿真分析前大燈關(guān)閉狀態(tài)下的溫度場(chǎng)分布，以及考慮環(huán)境溫度與燈泡熱輻射仿真分析前大燈開啟狀態(tài)下的溫度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，其特征在于:所述步驟Ia中，使用高通濾波法、平衡偏斜法和最小二乘法對(duì)采集的路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽車前大燈結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析方法，其特征在于:所述步驟Ib中，路譜簡(jiǎn)化后和簡(jiǎn)化前的功率譜密度信號(hào)的均方根值誤差在10%以內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G01M11/08GK104296974SQ201410609699
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】唐牧, 關(guān)鵬輝, 楊海琳, 劉泉鎮(zhèn), 張慶 申請(qǐng)人:重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司