汽车零配件质量分析报告：汽车车轮挡泥板系统的疲劳寿命分析

                                                                        汽车车轮挡泥板系统的疲劳寿命分析
       前言：作为一种工业产品，汽车有着一定的使用寿命，包括车身结构和各类零部件，也都有着使用寿命。这是一篇由东风商用车技术中心的专家撰写的专业文章，题为“基于功率谱密度的挡泥板振动疲劳分析”，主要介绍了根据一定的科学方法，对于某车型前轮挡泥板系统的疲劳寿命作出计算，从而为新车设计和汽车使用及维修提供依据。因为原文专业术语较多，所以本刊编辑部基于专家提出的原理，对于这篇专业文章作出简要解读，尽可能通俗化。
      本文作者指出，近年来，商用汽车底盘附件出现的破坏问题日益突出，而这种破坏大多由车体振动引起。在汽车市场竞争日趋激烈的今天，利用一种被称作“有限元仿真”的分析方法，可以解决汽车底盘附件的破坏问题，能够在新车设计阶段就考虑产品的耐久性与可靠性，具有重要的意义。

模态	整车频率HZ	简化型频模率HZ	误差（%）
第一阶	25.28	28.07	11.0
第二阶	29.28	28.43	-2.9
第三阶	44.15	44.37	0.498
第四阶	80.05	76.89	-3.9

         那么，如何检测汽车车身金属结构在不同重量的载荷作用下，所发生的疲劳破坏程度呢？专家为此提出了几种方法，并做了比较。在这篇文章里，作者用专业语言对此作了这样的说明：“疲劳计算的理论基础是获取结构内各点在激励载荷下的应力和应变历程。采用有限元仿真分析方法计算应力和应变历程的方法有准静态法、频率法、直接瞬态法和模态叠加法，这四种方法都能够获取结构在激励载荷下的应力和应变场，但四种方法的适用范围不同。当激励载荷的频率远小于所分析结构的自然频率时，结构不具有动力学响应，为非振动疲劳，多通道通过线性叠加的方法应用准静态法求解。反之，如果加载频率接近结构的固有频率时，结构具有动力学响应，为振动疲劳，应选择频率法、直接瞬态法和模态叠加法求解”。
       作者认为，比较各种检测方法，有着各自的局限性，作者在文章里举例说：“直接瞬态法无法求解较长时间域或较大模型的疲劳问题，故频率法与模态叠加法的研究具有重要的意义。”
      当然，越是科学的检测方法，就越可以提高检测精度。作者基于“功率谱密度”、“频率法”等技术手段，选取某商用车车型为对象做试验，目标是计算出这辆车前轮挡泥板系统的疲劳寿命。作者在实际操作中，以“模态叠加方法”计算得到的疲劳寿命结果为基准进行对比，并对“频率法”中的“概率密度函数”进行对比研究，从而得到最优的频率疲劳寿命预测方法。
       作者在所选车型的前轮挡泥板疲劳预测过程中，按照工作步骤，一步步取得了进展。对此，作者在文章里写到：“建立有限元模型，基于功率谱密度形式的载荷谱，采用传递函数法进行振动疲劳寿命分析。为尽量节省计算资源，减少计算时间，对计算模型进行简化，简化模型仅包括前轮挡泥板系统和局部车架模型。为确保选取的有限元计算模型可以得到较精确的疲劳仿真结果，对整车模型与简化模型分别进行模态分析并对比，不断调整简化模型各参数，直到1～100HZ内的模态均对标良好”。

	破坏部位	寿命（KM）
窄带法	节点17392	1495.56
Dirlik 法	节点17392	29911.11
Lalanne法	节点17392	6432.78
Steinberg法	节点17392	2719.19

       通过实践，作者对汽车金属疲劳的研究，积累了更多的经验。作者在文章里写到：“可知，危险区域在挡泥板弯管靠近支架焊接处。两种仿真方法得到的疲劳寿命与道路试验寿命对比，可知模态叠加方法得到的仿真寿命与实际道路试验寿命相差不大。分析得到的破坏部位与模态叠加法的部位一致，寿命结果与模态叠加法结果的误差在可接受范围内，但其计算时间比模态叠加法减少60%以上，故PSD方法（功率谱密度函数）计算汽车底盘附件的疲劳寿命是可行的且效率较高的，且PSD方法适用于较大规模的有限元模型或较长时间域（用户路面）的振动疲劳计算”。
表3  PSD与模态叠加法寿命对比

方法	破坏位置	寿命（KM）
PSD	节点17392	29911.11
模态叠加	节点17392	13045.8

方法	分析时长（min）	占用内存（MB）
PSD	740	606.58
模态叠加	2030	141.14

         对于以上的专业文字的含义，可以这样理解：当今，中国的汽车企业，已经掌握了先进有效的数理科学计算手段，对于预测汽车零部件的使用寿命，已经取得了可观的成绩，无论是在试验场，还是在实际行驶道路上。所获得的的数据，对于提高汽车制造水平，向国际先进标准看齐，有着很大的价值。