Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2019, 8(6), 457-465
Published Online December 2019 in Hans. /journal/met
/10.12677/met.2019.86053
Research on Constant Frequency
Vibration Fatigue of Fender Bracket
Based on Bench Test and Finite
Element Analysis
Yongqiang Gu, Bing Liu, Yi Wangwww.77zizi
Sany Group Co., LTD., Changsha Hunan
Received: Nov. 28th, 2019; accepted: Dec. 12th, 2019; published: Dec. 19th, 2019
Abstract
The constant frequency fatigue of a fender support of a certain heavy truck was researched, and the corresponding finite element analysis model of the test was also established. Firstly, the modal calculations of fender support suspended and unsuspended fender were completed, at the same time the modal result of suspended fender was compared with the result of sweeping; Secondly, based on the comparison of modal results, the influence of different damping on frequency re-sponse was researched, it found that the peak of stress response was reduced with the increase of damping; Finally, on the basis of frequency response calculation, the life of fatigue under different damping was calculated, and it was concluded that the life at damping of 0.09 was consistent with the result of test combining with theoretical analysis.
Keywords
Fender Support, Bench Test, Finite Element Analysis, Damping, Constant Frequency Fatigue
分析方法研究
谷永强，刘兵，王毅
三一集团有限公司，湖南长沙
收稿日期：2019年11月28日；录用日期：2019年12月12日；发布日期：2019年12月19日
谷永强 等
石油测井仪器
露天看台
摘
要
对某重型卡车的挡泥板支架进行了定频疲劳试验研究，并建立了相应的有限元分析模型。首先完成了悬挂有挡泥皮和未悬挂挡泥皮的模态计算，并将悬挂有挡泥皮的模态结果与台架扫频结果进行了对比；然后在模态结果对比的基础上，研究了不同阻尼对频响结果的影响，发现随着阻尼的增大，应力响应峰值逐渐减小；最后基于频响计算结果，完成了不同阻尼下的疲劳寿命计算，并结合理论分析确定阻尼为0.09时的寿命与试验结果是相符的。
关键词
挡泥板支架，台架试验，有限元分析，阻尼，定频疲劳
Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
1. 引言
无铬达克罗
重卡作为由车架、发动机、变速箱、车桥等组成的工业品，其运营环境相对乘用车及工程车辆更加复杂、恶劣。因此需要在整车开发阶段，进行大量的试验查出车辆在运行过程中可能出现的问题，同时将每次试验采集数据进行积累，并结合大数据分析方法为后续整车的优化提供参考，国内专家方王永峰等已将基于大数据可靠性的计算应用于悬索桥可靠性的计算[1]。支架结构(如油箱支架、挡泥板支架)作为整车的重要组成部分，由于在整车行驶中受到来自路面的振动激励，对附属件的耐振动性能提出了更高的要求。在大量的市场反馈中，出现问题较多的是支架类结构，常见的故障模式为振动疲劳断裂。目前除了可以结合整车耐久试验验证支架类结构的耐久性能，还可以通过台架试验或有限元计算的方式达到验证的目的。
振动台架试验虽然能够很好的验证支架类结构的疲劳特性，但振动台架及试验工装存在投资大，试验时间长的问题，有限元分析可以很好的避开台架试验存在的问题，因此用有限元手段取代台架试验成为了研究的主要方向。
台架疲劳试验根据载荷的不同可以分为随机振动、基于PSD 的振动、定频振动等[2] [3] [4]，需要根据实际工况选择合适的方法进行试验。鲍晓东等结合PSD 振动疲劳试验与仿真计算方法完成了某商用车尿素箱支架的设计[5]。杨志刚等将采集的振动数据应用于有限元模型计算，成功解决了某重型汽车后尾灯疲劳断裂的问题[6]。张志远等借助试验与有限元分析的方法完成了某重型牵引车冲焊后桥结构与铸钢后桥结构的疲劳开裂分析与对比[7]。刘文华等借助有限元分析方法解决了喇叭支架在振动疲劳中
的断裂问题[8]。
基于先前的研究，对振动疲劳的研究主要集中于随机振动或PSD 振动较多，对定频疲劳振动的研究相对较少。本文以某重型牵引车挡泥板支架为研究对象，将台架试验方法与有限元分析方法相结合，对其定频振动疲劳进行了研究，通过试验了验证有限元计算方法的可行性，为后续用有限元方法替代台架试验提供了参考。
vdisk
谷永强 等
2. 试验
2.1. 定频试验
定频试验指在规定的固定频率点上进行各种振动参数不同量级的试验，用于验证产品在共振点或预定危险频率下承受振动的能力。在进行试验前需要通过扫频的方式确定试验件的共振频率点，若验证产品在规定时间、规定的频率下能够完成相应试验，则可判定设计是合理的。
2.2. 台架扫频
为了完成某重型卡车挡泥板支架的定频疲劳试验，特设计了相关的台架，模拟挡泥板支架在实车上的安装状态，在试验中将台架固定在振动台面上，如图1所示。重卡车辆在道路上行驶时的激励主要来自路面，在0~100 km/h 的时速范围内，激励频率为0~9 Hz ，同时在襄阳国家试验场，路面的激励频率在20 Hz 以下(比利时路为18 Hz)。为了获取挡泥板支架的共振频率，在控制系统中设置扫频范围为0~100 Hz ，沿垂向在台面上施加0.5 g 的载荷，分别完成挡泥板支架两种状态的扫频，即在挡泥板支架上悬挂挡泥板和未悬挂挡泥板。
Figure 1. Vibration test frame 图1. 振动试验台架
两种状态的扫频结果如表1所示，未悬挂挡泥板时的一阶共振频率为25.78 Hz ，悬挂挡泥板时的一阶
共振频率为15 Hz 。悬挂挡泥板会降低一阶共振频率点，使其下降了41.8%。
Table 1. Frequency sweep results (Hz) 表1. 扫频结果(Hz)
状态 第1阶 无挡泥板 25.78 有挡泥板
15
2.3. 台架耐久试验
根据台架扫频结果，将定频疲劳试验的频率设定为15 Hz ，同时在采集的襄阳国家试验场路谱中，挡泥板支架与车架连接端的垂向加速度在2 g~3 g 之间变化，同时考虑一定的安全系数，决定在试验中沿垂向施加5 g 的载荷。在试验进行至51分钟时出现开裂问题，且裂纹长度已超过圆管周长的一半，开裂状态如图2所示。在试验进行中，不定期的检查挡泥板支架的状态，根据记载试验进行18
分钟时，在开裂
谷永强等
位置无明显裂纹；试验进行至38分钟时，开裂位置无明显裂纹；试验进行至51分钟时，即振动45900次，出现明显的开裂，试验停止。
Figure 2. The crack shape of fender support
图2.挡泥板支架开裂状态
3. 有限元分析
为了实现以有限元计算方法替代台架试验的目的，结合台架建立了有限元分析模型，如图3所示，其中两块挡泥皮的质量分别为2.365 kg，4.475 kg，材质为PP，挡泥板支架的材料为Q345。在仿真计算中，结合台架约束车架与工装焊接的位置。在建立的有限元模型基础上完成了有挡泥板和无挡泥板状态的模态计算及悬挂有挡泥板时的频率响应。
Figure 3. Finite element model of bench simulation
图3. 台架模拟有限元模型
3.1. 无挡泥板时的模态计算
为了验证有限元模型的准确性，首先对未悬挂挡泥板的模型进行了模态计算，前4阶模态结果云图如图4所示，具体结果如表2所示。第1阶模态频率为25.83 Hz，与扫频结果高度吻合，表明搭建的有限
机组式柔印机
元模型是准确的。
谷永强 等
(a) 第1阶模态 (b) 第2阶模态
(c) 第3阶模态 (d) 第4阶模态
Figure 4. Modal shape of fender support without fender 图4. 未悬挂挡泥板时的挡泥板支架模态振型
Table 2. Results of modal calculation (Hz) 表2. 模态计算结果(Hz)
第1阶模态 第2阶模态 第3阶模态
第4阶模态 25.83
33.98
37
37.83
3.2. 有挡泥板时的模态计算
在挡泥板支架定频疲劳试验中安装有挡泥板，为了验证扫频结果的准确性，对悬挂有挡泥板的模型进
行了模态计算，第5到第8阶模态如图5所示，具体结果见表3。在呈现的4阶模态中，只有第7阶模态表现为挡泥板支架的振动，其余三阶模态表现为挡泥皮的局部模态，此时挡泥板支架的频率为16.0 Hz ，台架扫频结果为15 Hz ，误差为6.6%，误差在可接受的范围内，表明有限元模型建立的方法是准确的，为后续的频响计算及疲劳计算提供了有利的支持。
3.3. 悬挂有挡泥板模型的频响计算
在疲劳计算中，首先需要完成模型的频响计算，获取模型在不同频率下应力与频率的响应关系。为
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议