一种车身悬臂式结构件疲劳性能稳定性分析方法与流程

1.本发明属于汽车开发cae仿真技术领域，具体涉及一种车身悬臂式结构件振动疲劳性能稳定性分析方法。


背景技术：

2.车身上附属的安装结构有很多，包括：蓄电池、dcdc、电子电器设备等，许多结构需要与车身连接，不可避免的连接后成为悬吊(悬臂)形式的结构。此类结构形式容易引起共振现象，容易引起结构件由于共振产生的疲劳破坏。若产品开发过程的该阶段发现问题，改进空间小、难度大、成本高、且严重拖延产品的开发周期。
3.传统方法由于共振现象产生的疲劳由于与结构模态高度相关，疲劳特性与输入特性不呈趋势性关系。并且，由于载荷、材料、结构尺寸离散性，导致疲劳计算结果的离散性很大，较难准确评估准确的振动疲劳结果，准确性远远满足不了复杂的工程实际结构。基于这样的计算准确度的改进建议，很可能对实际的性能毫无意义。
4.近年来，随着乘用车开发周期的缩短，对开发各环节提出严峻挑战，需要各专业提前介入，利用先进的技术手段保证产品质量，在项目平台车阶段对性能进行评估显得尤为重要。在车身结构设计初期对悬吊件结构进行合理的振动疲劳分析评估并给出稳定性较高的计算结果，对于缩短开发周期、提高风险识别的准确性、提升开发效率有极大的帮助。
5.现有技术公开了一种考虑随机载荷和强度退化的疲劳可靠性分析方法，通过建立产品的安全余量方程，并对一定次数随机载荷进行仿真，计算安全余量最小值和对应的载荷作用次数，利用核函数估计建立安全余量向量和对应载荷作用次数向量的联合概率密度函数，最终建立考虑随机载荷和强度退化的产品疲劳可靠性分析模型。
6.现有技术还公开了一种子集模拟结合pce的涡轮叶片疲劳可靠性分析方法，包括以下步骤：建立涡轮叶片的几何仿真模型；对所述涡轮叶片的几何仿真模型进行分析，确定影响涡轮叶片疲劳寿命的n维随机向量x＝{x1,x2,
…
,xn}t，以及n维随机向量x＝{x1,x2,
…
,xn}t与涡轮叶片设计寿命之间的关系；建立涡轮叶片疲劳可靠性分析模型，得到涡轮叶片失效的功能函数y＝g(x)；估算涡轮叶片的疲劳可靠性。
7.现有技术还公开了一种时变退化质量特征补偿的全寿命周期质量稳健性优化方法，属于电磁继电器质量优化设计领域。分析确定电磁继电器关键设计参数，进行线性度分析，基于k l展开方法将电磁继电器全寿命周期进行展开，分为若干个子寿命区间，使用克里金方法将子寿命区间的质量稳健性特征参数建模，并进行统一化表达，建立电磁继电器全寿命周期质量稳健性模型，质量稳健性特征要求水平选取合适的质量特征水平，计算时变退化参数作用下的电磁继电器质量稳健性特征偏移度，将质量偏移补偿到全寿命周期质量稳健性的需求，使用蒙特卡洛生成批量样本，计算输出特征，验证优化效果。
8.但是，传统方法由于共振现象产生的疲劳由于与结构模态高度相关，疲劳特性与输入特性不呈趋势性关系，且由于载荷、材料、结构尺寸离散性，导致疲劳计算结果的离散性很大，较难准确评估准确的振动疲劳结果，准确性远远满足不了复杂的工程实际结构，基
于这样的计算准确度的改进建议，对实际的性能毫无意义。


技术实现要素：

9.本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种车身悬臂式结构件振动疲劳性能稳定性分析方法，以解决传统方法疲劳计算结果的离散性很大，较难准确评估准确的振动疲劳结果，准确性远远满足不了复杂的工程实际结构的问题。
10.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
11.一种车身悬臂式结构件疲劳性能稳定性分析方法，包括以下步骤：
12.a、车身悬臂式结构件振动疲劳分析；
13.b、车身悬臂式结构件疲劳性能灵敏度分析；
14.c、车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理、影响因子稳定性能分析；
15.d、根据影响因素的离散化性质，应用田口参数设计方法分析识别出参数范围中疲劳性能最稳定的值或区间。
16.进一步地，步骤a，具体为：基于车身悬臂式结构件与车身连接点位置的加速度psd载荷输入，抽取车身悬臂式结构件模态以及计算所需频率范围内模态参与因子，基于割平面法和dilirk概率密度函数，应用miner疲劳准则计算出车身悬臂式结构件的疲劳损伤结果。
17.更进一步地，以车身悬臂式结构与车身连接点部位的加速度psd曲线作为载荷输入，抽取车身悬臂式结构件约束模态，并计算0-100hz范围内的各阶模态参与因子向量，应用割平面法及dirik概率密度函数，求解结构的振动疲劳结果。
18.进一步地，步骤b，具体为：锁定需要优化的车身悬臂式结构件参数，指定设计区间范围，对锁定的结构参数以其疲劳损伤结果最小为目标，对其进行参数灵敏度分析。
19.更进一步地，以悬臂式结构件料厚作为优化参数，振动疲劳损伤＜1作为约束条件，结构的质量最小作为优化目标，计算优化参数结构件料厚对疲劳损伤及结构质量的敏感度。
20.进一步地，步骤c，所述车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理具体为：选定对结构件疲劳性能影响的离散化因子，将因子离散化处理：对于只给定偏差范围的因子，将离散因子正态分布处理；对于只给定不同样本的因子，随机选择三个输入样本，将离散因子webull分布处理。
21.更进一步地，所述离散化因子包括载荷输入曲线、材料psn曲线及结构公差带。
22.更进一步地，步骤c具体包括以下步骤：
23.c1、载荷输入曲线离散化处理：给定三次测量的载荷谱样本的因子，将其进行webull分布处理；
24.c2、材料曲线离散化：将材料s-n曲线替换为p-s-n曲线；
25.c3、结构尺寸离散化：向结构的料厚，根据图纸公差，做正态分布处理。
26.进一步地，步骤c，所述影响因子稳定性能分析具体为：基于田口正交参数设计方法，搭建参数分析流程，上述以振动疲劳为目标的参数分析步骤中应用静态系统分析函数，车身悬臂式结构件疲劳性能灵敏度分析步骤中选择的设计参数做为控制因子组，车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理步骤中选择的离散化因子作为噪声因子组，以结构疲劳
寿命和结构质量为系统响应，分析控制因子组在制定设计区间的性能稳定斜率。
27.进一步地，步骤d，具体为：根据步骤a-c得到结构参数与疲劳性能、整体质量之间的关系，根据实际产品开发需求选用相应参数组，并对比各组参数的性能稳定性。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明车身悬臂式结构件疲劳性能稳定性分析方法，充分考虑到了影响振动疲劳结果的各个因素离散化的情况，根据科学的方法，给出性能更加稳定的改进方案建议；通过本方法，进行车身悬臂式结构件相关参数对疲劳性能的影响分析，并根据影响因素的离散化性质，应用田口参数设计方法分析识别出参数范围中疲劳性能最稳定的值或区间，能够有效缩短开发周期，降低研发成本，提升产品设计开发质量。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1是本发明主要实施步骤流程图；
32.图2是本发明中车身悬臂式结构件振动疲劳损伤云图；
33.图3是本发明中车身悬臂式结构件料厚及isight优化实现；
34.图4是本发明中田口静态系统设计图；
35.图5是本发明中影响因子稳定性能计算结果。
具体实施方式
36.下面结合实施例对本发明作进一步说明：
37.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.如图1所示，本发明车身悬臂式结构件疲劳性能稳定性分析方法，包括以下步骤：
40.1、车身悬臂式结构件振动疲劳分析；
41.2、车身悬臂式结构件疲劳性能灵敏度分析；
42.3、车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理、影响因子稳定性能分析。
43.通过本发明的方法，进行车身悬臂式结构件相关参数对疲劳性能的影响分析，并根据影响因素的离散化性质，应用田口参数设计方法分析识别出参数范围中目标性能(疲劳性能)最稳定的值或区间。
44.其中，车身悬臂式结构件振动疲劳分析包括：
45.将车身悬臂式结构的连接点处加速度时间历程曲线处理为psd曲线；
46.应用abaqus软件平台，应用*frequency关键字抽取车身悬臂式结构件约束模态，
约束位置为车身悬臂式结构连接点处，频率范围根据psd曲线的频率范围选取，也可根据经验选取(一般为1-100hz)；
47.应用abaqus软件平台，应用*steady state dynamics关键字计算频率域下所需频率范围内(与模态抽取步骤一致)模态参与因子；
48.应用femfat软件平台，集成上述步骤psd曲线、模态参与因子计算结果文件，基于割平面法和dilirk概率密度函数，应用miner疲劳准则计算出车身悬臂式结构件的疲劳损伤结果，如图2所示。
49.车身悬臂式结构件疲劳性能灵敏度分析包括：
50.锁定需要优化的车身悬臂式结构件参数，将结构件中疲劳损伤结果最大的板材料厚，指定设计区间范围；
51.应用isight软件平台，对锁定的结构参数以其疲劳损伤结果最小为目标，对其进行参数灵敏度分析，如图3所示；
52.车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理包括：
53.选定对结构件疲劳性能影响的离散化因子，比如载荷输入曲线、材料psn曲线、结构公差带等，该步骤因子离散化处理不局限于上述提到的因子，实际开发过程中，其他影响疲劳结果，且输入不唯一(有一定的偏差范围)的因子均可提出，并作为因子做离散化处理。选定因子后，将因子离散化处理：对于只给定偏差范围的因子，如psn曲线及结构公差带，将离散因子正态分布处理；对于只给定不同样本的因子，如载荷输入曲线，随机选择三个输入样本，将离散因子webull分布处理。
54.影响因子稳定性能分析包括：
55.基于田口正交参数设计方法，搭建参数分析流程。上述以振动疲劳为目标的参数分析流程应用“静态系统分析函数”，“车身悬臂式结构件疲劳性能灵敏度分析”步骤中选择的设计参数做为“控制因子组”，“车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理”步骤中选择的离散化因子作为“噪声因子组”，以结构疲劳寿命和结构质量为“系统响应”，如图4所示。
56.基于isight软件平台，将“车身悬臂式结构件疲劳影响因子离散化处理”参数设定到软件平台中，根据上一步的系统框架设计，将设定的参数引用至流程的相应组件。
57.分析控制因子组(选用的结构件料厚)在制定设计区间的性能稳定斜率，即信噪比与变异系数，如图5所示。
58.根据上述步骤，得到结构参数(结构料厚或其他)与疲劳性能、整体质量之间的关系，根据实际产品开发需求选用相应参数组，并对比各组参数的性能稳定性。
59.本方法能够克服传统方法由于共振现象产生的疲劳由于与结构模态高度相关，疲劳特性与输入特性不呈趋势性关系，且由于载荷、材料、结构尺寸离散性，导致疲劳计算结果的离散性很大，较难准确评估准确的振动疲劳结果，准确性远远满足不了复杂的工程实际结构，基于这样的计算准确度的改进建议，对实际的性能毫无意义。
60.为达到上述效果，本发明方法充分考虑到了影响振动疲劳结果的各个因素离散化的情况，根据科学的方法，给出性能更加稳定的改进方案建议。
61.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。