第２（）卷筇５期 ２０ 年１ ０月 工 程 设 计 学 报 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｖｏ【．２Ｏ ＮＯ．５ （）ｃｔ．２０１３ Ｄ（）Ｉ：１０．ｓ７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—７５４Ｘ．２０１ ３．０５．０１ｌ 基于有限元的半挂牵引车车架疲劳寿命分析 李成林 ，韩振南 霍俊杰 ，宋莎莎 ，（１．太原理工大学机械Ｔ程学院，山西太原０３００２４；２ 神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特０２６０１５） 摘要：为 ｒ解决半挂牵引车车架经常出现裂纹甚至断裂这一问题，对车架进行疲劳寿命分析，确定容易 现疲劳 破坏的位置．利用ＡＮＳＹＳ建 了车架有限元模型并分析了静、动态特性，基于疲劳可靠性理论，通过ＦＥ ＳＡＦＥ软 件对有限元分析结果进行了疲劳寿命分析，查看疲劳寿命云图和安全系数云图，确定车架容易出现疲劳破坏的位 置．研究表明半挂牵引车车架纵梁的牵引座附近容易 现疲劳破坏．提出了车架疲劳寿命分析的新方法和新途径， 为车架结构优化设计提供了理论依据． 关键词：车架；疲劳寿命；有限元；ＦＥ ＳＡＦＥ 中图分类号：Ｕ ４６９．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１。【］６ ７５４ｘ（２０ｌ ３）０５—０４１ ４—０５ Ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｍｉ—ｔｒａｉｌｅｒ ｆｒａｍｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＥＭ ＬＩ Ｃｈｅｎｇ—ｌｉｎ ，ＨＡＮ Ｚｈｅｎ—ｎａｎ ，ＨＵＯ Ｊ ｕｎ—ｊｉｅ ，Ｓ（）ＮＧ Ｓｈａ—ｓｈａ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｅｎｈｕａ Ｂｅｉｄｉａｎ Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｉ ｔｄ．，Ｘｉｌｉｎｈｏｔ ０２６０１ ５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｗｈｉｃｈ ｏｆｔｅｎ ａｐｐｅａｒ ｏｎ ｓｅｍｉ—ｔｒａｉｌｅｒ ｆｒａｍｅ，ｗｅ ｉｍ ｐｌｅｍｅｎｔ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｏｃａｔｅ ｆａｔｉｇｕｅ—ｆａｉｌｕｒｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉ—ｔｒａｉｌｅｒ ｆｒａｍｅ．Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌ— ｃｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｅｍｉ—ｔｒａｉｌｅｒ ｆｒａｍｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ。ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ａｎａ— ｌｙｚｅｄ ｂｙ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ＦＥＭ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＦＥ—ＳＡＦＥ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｗａｓ ｌｏｃａｔｅｄ ａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ｂｙ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ． Ｆｈｅ ｒｅ ｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ—ｂｅａｍ ｎｅａｒ ｆｉｆｔｈ—ｗｈｅｅｌ ｉｎ ｆｒａｍｅ ｏｆｔｅｎ ｈａｓ ｆａｔｉｇｕｅ—ｆａｉｌｕｒｅ． Ｗｅ ｓｕｐｐｌｙ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆｒａｍｅ ｏｆ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｆｒａｍｅ Ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｍｅ；ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ；ＦＥＭ；ＦＥ—ＳＡＦＥ 汽车车架在行驶过程中不仅要承受自身和货物 （包括人）的重量，还要承受路面载荷和发动激励 ． 汽车车架的疲劳分析是现代汽车设计的关键内容之 ，荷分析确定了疲劳寿命分析方法，利用ＡＮＳＹＳ软 件对半挂牵引车车架进行了静态和动态分析；再利 用ＦＥ—ＳＡＦＥ软件对有限元静态分析结果进行了疲 近年来，国内外研究人员对此作了大量的研究， 劳寿命分析计算，之后得出了疲劳寿命分析结果，确 定车架疲劳破坏的位置；同时根据该型半挂牵引车 实际运行情况，校核疲劳破坏位置和寿命，为未来汽 车车架的疲劳寿命分析提供新的分析路径和更加可 靠的理论依据． 主要是对汽车的疲劳寿命进行了理论分析，采用多 体动力学方法和ＭＳＣ．Ｆａｔｉｇｕｅ软件相结合对车架 进行了有限元疲劳寿命计算分析 ．而本文对半挂 牵引牟车架材料的Ｓ一』＼，曲线和实际运行工况进行 了分析，确定该车架的疲劳类型，通过对该车架的载 收稿日期：２０１ ３ Ｏ３ ２８． 基金项目：围家 然科学基金资助项目（５０７７５１５７）；山西省高等学校留学回国人员科研资助项目（２０１ｌ ｌ ２）． 作者简介：李成林（１ ９８８一），男，ｔｔ￥￣－ｆＡ，硕士生，从事车辆现代设计理论与方法研究，Ｅ ｍａｉｌ：ｌｉｃｈｅｎｇｌｉｎ８８２８＠１ ２６・ｃｏｍ 通信联系人：韩振南，男，教授，博十生导师，Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｎａｎ—ｈａｎ＠ｈｏｔｒｎａｉｌ．ｃｏｎ１． ・ ４２６ ・ ］：程设计学报 第２Ｏ卷 Ｏｌｕ Ｊ ｉｎｇ，Ｉ．ＩＵ Ｇｕａｎ—ｊ ｕｎ，ＹＡＮＧ Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｍａｔｅｒｉｅｌ Ｔ业出版社，２００６：１一ｌ３． ＫＡＮＧ Ｒｕｉ，ＳＨＩ Ｒｏｎｇ—ｄｅ．Ｔｈｅ ＦＭＥＣＡ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ，２０１２：ｌ１ １２． ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅｆｅｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，２００６：ｌ ｌ ３． ［１３］康锐，石荣德．ＦＭＥＣＡ技术及其应用［Ｍ］．北京：国防 （上接第４１８页） Ｉ ＩＵ Ｊｉｎｇ．Ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ 学院，２００９：２４ ５２． ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ．Ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｅｓｔｉｍａｔｅ ａｎｄ ｆｒａｅｔｕｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｆｒａｍｅ［Ｄ］．Ｎａｎｊｉｎｇ：Ｎａｎｉｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７： ４０—５８． ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｌｓｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ３０ｔ ａｘｌｅ ｌｏａｄ ｂｏｇｉｅ［Ｄ］．Ｂｅｉ Ｊｉｎｇ：Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９：２４ ５２． ［７］匡霞．ＣＡ６１２ＯＵ２２ＤＩ型客车车架的随机振动和疲劳分 析［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨Ｔ程大学机电工程学院，２００９： ５７—５１． ［１ Ｏ］高品，宋健，张步良，等．基于ＭＳＣ．Ｆａｔｉｇｕｅ的汽车 动 桥壳疲劳寿命预估［Ｊ］．¨Ｉ 程设计学报，２００７，１４（３）： ２１０ ２１４． ＫＵＡＮＧ Ｘｉａ．Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｆｏｒ ｍｏｄａｌ ＣＡ６１２ＯＵ２２ＤＩ ｂｕｓ［Ｄ］．Ｈａｒｂｉｎ：Ｈａｒ ｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９：５７—７１． ＧＡＯ Ｊｉｎｇ，ＳＯＮＧ Ｊｉａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｂｕ ｂａｎｇ．ｅｔ ａ１．Ｐｒｅ ｄｉｃｔｉｏｎ ｏｎ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ａｘｌｅ ｈｏｕｓｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＳＣ．Ｆａｔｉｇｕｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ— ｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ．２００７，１４（３）：２１０ ２１ ４． ［８］傅志方．振动模态分析与参数识别［Ｍ］．上海 上海交通 大学出版社，１９８９：２５ ２６０． ＦＵ Ｚｈｉ ｆａｎｇ．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉ ［１１］郑修麟，吕宝桐，凌超，等．关于疲劳累积损伤定则［Ｊ］． 航空学报，１９９３，１４（１０）：４８４ ４８９． ＺＨＥＮ Ｘｉｕ—ｌｉｎ．Ｉ Ｕ Ｂａｏ—ｔｏｎｇ，Ｉ ＩＮ（；－Ｃｈａｏ，ｅｔ ａ１． Ｉ＇ｈｅ ｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ￣．Ｓｈａｎｇｈａｉ：Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊ ｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ～ ｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９８９：２５ ２６０． ｒｕｌｅ ｏｆ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｄａｍａｇｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａ Ｅｔ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，１９９３，１４（１０）：４８４—４８９． ［９］张鹏．３０ｔ重货车转向架摇枕的疲劳寿命估算及断裂安 全性评价［Ｄ］．北京：北京交通大学机械与电子控制Ｔ程
