方向盘疲劳分析

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1、HyperView在方向盘疲劳分析中的应用木文TAG：方向盘骨架疲劳HyperView2013-3-11作者：Altair出处：Altair阅读：219推荐：0产品的疲劳寿命是现代设计的一个重要指标。本文以某方向盘骨架为研究对象，利用HyperView进行相关的疲劳分析，计算出结构的应力幅、疲劳寿命和疲劳损伤；并针对设计方案疲劳断裂失效及有限元分析结果，提出了改进方案并验证。有限元分析服务，找CAE服务联盟1概述产品的疲劳寿命是现代设计的一个重要指标，有限元疲劳仿真能够提供零部件的疲劳寿命分析，在设计初期阶段发现零部件的薄弱位置。仿真分析能够减少

2、试验样机的数量，缩短产品的开发周期，进而降低开发成本，提高市场竞争力［1］。一般此类分析都需采用专业的疲劳分析软件，成本较高［2］。本文以某方向盘骨架为研究对象，利用相关求解器求解在典型工况下的应力分布，并利用HyperViewiit行相关的疲劳分析，计算出结构的应力幅、疲劳寿命和疲劳损伤；针对设计方案疲劳断裂失效形式及有限元分析结果，提出了改进的骨架设计方案并验证。2方向盘疲劳实验介绍方向盘疲劳性能主要是由骨架决定，此实验主要是评估骨架在交变载荷下的疲劳性能,典型疲劳实验示意图见图1：图1疲劳实验示意图骨架下端通过管柱水平固定在实验台上，山循环

3、气缸设施施加士221N在骨架最弱位置（通常为轮圈12点饼），加载方向乖直轮圈平而。设计标准要求骨架能承受8万次的循环。3疲劳分析3.1静态分析为了真实反映方向盘骨架的结构特性，采用六面体和五面体网格划分骨架、管柱模型。分别创建两个静态分析，将方向和反的载荷±221N分别施加在轮圈和应位置(命名为Model_UP和Model_Down两个分析)，求解出结构在交变载荷下的最大静态响应。3.2疲劳分析用HyperView查看相关结果，并利用DerivedResults工具进行疲劳分析。其中DerivedResults是HyperView11.0的特色功

4、能，允许川户基于已有数据创建自定义的张量或标量等数据类型。本分析釆用有限元局部应力高周疲劳方法来判断结构失效，其疲劳特性主要是市应力循环决定的，通过加载历程分析，此应力循环的平均应为为0,骨架同一位置的应力循环中的最人应力和最小应力分别出现在两个分析中。因此，先利用HyperView加载Model_Up分析结果,然后利用DerivedResults引入Model_Down分析结果,并利用相关的公式将两分析中的主应力数据牛成新的数据类型StressAmplitude(应力幅),其对应的mvw文件对应的数据行详见表一。表一StressAmplitud

5、e程序彳了•BeginResultMathO•AddResourcefExtemall*.^Model_Down.odtr)•BeginExpression(2.^StressAmplitude*Subcase(0)eEquatbnfmax(aExierna11.S-Stresscomponents:MaxPrincip9modeI.S-StresscomponentsMinPrinciparcyT2.000000C)).sbExtema11.S-Stresscomponents:FdinPrincpaTf-VmodeI.S-Stresscomp

6、onents:MbxPrincipg202000000V)))・)•EndExpression。•EndResuW^athQ利用同样原理，基于结构应力幅和相关应力■寿命曲线(S・N曲线)计算出新的数据类型LifeRepeats(疲劳寿命),原设计的应力幅和疲劳寿命云图见图2。从图2.a可以看出，在区域A和B上结构应力幅值比较高；图2.b显示A处的寿命最低，小于标准要求的8万次要求，相关物理实验表明骨架断裂均在A处。a.应力幅b.疲劳寿命图2原设计分析结果3.3改进设计为了提高骨架疲劳寿命，将骨架A处光顺处理，同时将区域A、B处轮圈面积增人。图3.

7、a显示改进后A处不是最危险位置，B处为最人应力幅，但相比原设计已经显著下降；图3.b显示最小的疲劳寿命大于标准要求的8万次要求；后续物理实验也证明了此设计改进的可行性。a・应力幅b.疲劳寿命图3改进设计分析结果HyperView可扩展的功能并不局限于上面所示内容，例如疲劳损伤也是疲劳分析的・个比较觅耍的参数，均可以通过此技术得到，本案例的疲劳损伤云图见图4所示：a原设计b・改进设计图4新心设计疲劳损伤对比实际设计过程中，影响机械零件疲劳强度的因素还包括：应力集中、尺寸形状、表面因>[1],同时加载历程也是疲劳寿命的重要因素。根据上述方法均可以对现

8、有功能进行扩展,考虑更多参数來满足不同分析的需求，但相关程序复杂，对川户专业知识要求较高。4结论本文以某方向盘骨架为研究对彖，创新地提出