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麦弗逊悬架刚柔耦合运动学及有限元分析

作　者: 祝丹晖
导　师: 郗向儒
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 麦弗逊悬架刚柔耦合运动学横向稳定杆下摆臂悬架有限元
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以某车型麦弗逊独立前悬架为研究对象,基于多体动力学理论、有限元方法、车辆动力学理论和疲劳强度理论并应用相关软件,对悬架系统进行运动学仿真分析,评价其相关特性,并进行有限元分析,为其中子部件的疲劳寿命分析提供依据。首先根据麦弗逊独立前悬架系统的工作原理与运动特性,简化出抽象模型,分析其子部件连接及约束的拓扑关系,并根据测量与计算得到的车辆及悬架系统相关参数,基于MD Adams/Car模块建立悬架的多刚体仿真模型,对其进行运动学分析,得到车辆定位参数随车轮同向跳动的关系曲线。利用空间机构运动学和空间解析的方法编制程序计算前轮定位参数随车轮跳动变化的理论值,并与仿真曲线对比分析,从运动学角度验证刚体仿真模型的正确性。利用有限元分析软件ANSYS,把受力较大的子部件如下摆臂和横向稳定杆柔性化,通过软件之间相关接口,建立悬架系统的刚柔耦合仿真模型。在MD Adams/Car模块下,分别对麦弗逊前悬架刚体模型安装与未安装横向稳定杆的情况、麦弗逊前悬架刚体模型与刚柔耦合模型的情况分别进行运动学仿真,包括两轮平行跳动和异向跳动的仿真,以此分析悬架性能参数的变化,并论证了横向稳定杆在前悬架仿真建模中的重要性,也表明了刚柔耦合模型更符合实际工况及其对汽车操纵稳定性的影响。基于有限元理论,利用MD Adams/Car输出的.lod载荷文件,在ANSYS中输入悬架几种典型工况最大位移时刻下摆臂与横向稳定杆所受载荷,得到相应时刻的应力云图,表明部件应力集中点的位置,从而为疲劳研究提供依据。最后,总结了类似悬架子部件疲劳寿命的分析步骤。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 前言  8-12
  1.1 研究目的及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
    1.2.1 车辆被动悬架的发展及车辆动力学的研究发展  9-10
    1.2.2 多体系统动力学发展及其与汽车研究的结合  10-11
    1.2.3 车辆有限元及疲劳研究  11
  1.3 本文研究内容  11-12
2 刚体模型的建立与理论验证  12-29
  2.1 多刚体系统动力学理论基础  12-15
    2.1.1 广义坐标选择  12
    2.1.2 动力学方程的建立  12-13
    2.1.3 动力学方程求解  13-15
  2.2 麦弗逊悬架刚体模型的建立  15-22
    2.2.1 麦弗逊悬架拓扑分析  15-17
    2.2.2 关键数据采集与计算  17-19
    2.2.3 车轮定位参数分析  19-20
    2.2.4 刚体模型的建立  20-21
    2.2.5 两轮同向跳动仿真分析  21-22
  2.3 麦弗逊悬架空间机构运动理论分析及模型验证  22-27
    2.3.1 麦弗逊悬架空间机构运动理论分析  23-26
    2.3.2 理论验证曲线对比  26-27
  2.4 本章小结  27-29
3 刚柔耦合模型的建立  29-42
  3.1 多柔体系统动力学理论基础  29-34
    3.1.1 离散化方法  29
    3.1.2 模态集成法  29-30
    3.1.3 集成有限元模型的多体理论分析  30-31
    3.1.4 多柔体系统动力学方程  31-34
  3.2 有限元建模方法分析  34-35
  3.3 麦弗逊悬架下摆臂柔性体的建立  35-37
  3.4 横向稳定杆刚体与柔性体的建立  37-40
    3.4.1 横向稳定杆拓扑分析与刚体建模  37-39
    3.4.2 横向稳定杆柔性体建模  39-40
  3.5 麦弗逊悬架系统刚柔耦合模型的建立  40
  3.6 本章小结  40-42
4 悬架运动学仿真分析  42-52
  4.1 刚体模型运动学分析  42-46
    4.1.1 刚度特性分析  42-43
    4.1.2 侧倾特性分析  43-44
    4.1.3 车轮定位参数分析  44-46
  4.2 刚柔耦合模型运动学分析  46-51
    4.2.1 车轮定位参数分析  46-49
    4.2.2 加速抬头量与制动点头量  49-50
    4.2.3 悬架刚度分析  50
    4.2.4 顺从转向参数分析  50-51
  4.3 本章小结  51-52
5 悬架子部件有限元分析  52-62
  5.1 力学特性分析  52-54
    5.1.1 两轮同向跳动  52
    5.1.2 两轮异向跳动  52-53
    5.1.3 制动力  53-54
    5.1.4 转向力  54
  5.2 有限元分析  54-60
    5.2.1 下摆臂有限元分析  55-58
    5.2.2 横向稳定杆有限元分析  58-60
  5.3 疲劳理论及浅析  60-61
  5.4 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 研究工作主要内容  62
  6.2 研究展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
在校学习期间发表的论文  68

麦弗逊悬架刚柔耦合运动学及有限元分析

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