本發(fā)明涉及汽車零部件測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法。

背景技術(shù)：

懸臂結(jié)構(gòu)件在汽車上有較多的應(yīng)用，主要集中在支架類，而支架的變形或開裂在車輛的實(shí)際使用過程中比較常見。懸臂結(jié)構(gòu)件失效后，會進(jìn)一步導(dǎo)致其所承載的部件損壞甚至掉落。因此，懸臂結(jié)構(gòu)件的開發(fā)過程中一個(gè)重要任務(wù)就是保證其強(qiáng)度性能。

懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的本質(zhì)就是考察在設(shè)計(jì)工況下的受力狀態(tài)是否滿足設(shè)計(jì)要求。目前已有的懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析方法是在所承載部件的重心處施加各種設(shè)計(jì)工況下的靜態(tài)載荷(設(shè)計(jì)工況通常為重力場工況)，進(jìn)行強(qiáng)度CAE分析。這種分析方法存在兩方面問題：

第一，載荷不合理，工況設(shè)定的合理性難以把握，偏嚴(yán)格會帶來成本增加，偏寬松會帶來風(fēng)險(xiǎn)；

第二，沒有考慮振動的因素，由于懸臂結(jié)構(gòu)件一端固定，一端承載，其自身固有頻率相對較低，很容易與發(fā)動機(jī)激勵、路面激勵等產(chǎn)生共振，從而加劇失效。而現(xiàn)有的方法恰恰沒有考慮振動的因素，僅是從提升靜態(tài)強(qiáng)度的安全系數(shù)來粗略保障其強(qiáng)度性能，因此，現(xiàn)有方法的分析誤差較大，合理性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種分析精度更高的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，包括：

對懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件進(jìn)行模態(tài)分析以獲得有限元模型；

將所述有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)；

在對標(biāo)后的有限元模型中加載實(shí)測的加速度譜，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，以獲得不同頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，以與實(shí)測模態(tài)對標(biāo)過的模態(tài)分析有限元模型為基礎(chǔ)模型，加載加速度譜，重點(diǎn)考慮振動這一因素，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，輸出不同頻率下的應(yīng)力結(jié)果，最終獲得更符合實(shí)車測試狀態(tài)下的懸臂結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分布狀態(tài)，因此分析精度高，此外，由于有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行了對標(biāo)，能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的載荷不合理的問題，為懸臂結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析提供了可靠的分析方法，從而有效地支持了懸臂結(jié)構(gòu)件的開發(fā)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述對懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件進(jìn)行模態(tài)分析以獲得有限元模型的步驟之前，所述方法還包括：

向三維建模軟件輸入懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的結(jié)構(gòu)信息；

根據(jù)所述懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的結(jié)構(gòu)信息建立詳細(xì)的離散化模型，并按實(shí)車狀態(tài)建立相應(yīng)的裝配連接關(guān)系；

為所述懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件賦予各自的材料參數(shù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述材料參數(shù)為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、泊松比和密度中的一個(gè)或多個(gè)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述將所述有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)的步驟具體包括：

將所述有限元模型與整車在實(shí)際狀態(tài)下測試的模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)；

修正所述有限元模型，以使所述有限元模型和整車在實(shí)際狀態(tài)下測試的模態(tài)的固有頻率和振型保持一致。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述修正所述有限元模型的步驟具備包括：

修正所述有限元模型中懸臂結(jié)構(gòu)件和/或懸臂結(jié)構(gòu)件所承載的部件的材料參數(shù)，修正所述有限元模型中懸臂結(jié)構(gòu)件和懸臂結(jié)構(gòu)件所承載的部件的連接關(guān)系。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述在對標(biāo)后的有限元模型中加載實(shí)測的加速度譜的步驟具體包括：

通過所述懸臂結(jié)構(gòu)件的安裝點(diǎn)預(yù)置的加速度傳感器，測量實(shí)車道路行駛中的加速度譜；

對測量到的實(shí)車道路行駛中的加速度譜進(jìn)行傅里葉變換處理，得到傅里葉變換處理后的加速度譜；

在對標(biāo)后的有限元模型中加載所述傅里葉變換處理后的加速度譜。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述加速度譜為X/Y/Z三向的加速度譜。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述對測量到的實(shí)車道路行駛中的加速度譜進(jìn)行傅里葉變換處理的步驟之前，所述方法還包括：

去除測量到的實(shí)車道路行駛中的加速度譜中的噪聲數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述獲得各頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果的步驟之后，所述方法還包括：

判斷所述應(yīng)力分布結(jié)果中的最大應(yīng)力值是否超出所述懸臂結(jié)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度；

若是，則優(yōu)化所述懸臂結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和/或材料，并返回所述在對標(biāo)后的有限元模型中加載實(shí)測的加速度譜，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，以獲得不同頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果的步驟，直至所述應(yīng)力分布結(jié)果中的最大應(yīng)力值小于等于所述懸臂結(jié)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度為止。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述三維建模軟件為AutoCAD、Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley中的任一個(gè)。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法的流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法的流程示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的ECU支架的離散化模型的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的實(shí)測模態(tài)的頻率分布圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的有限元模型的頻率分布圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的實(shí)測時(shí)域下的加速度譜圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的傅里葉變換處理后的加速度譜圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率響應(yīng)分析結(jié)果示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的ECU支架的優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的ECU支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的頻率響應(yīng)分析結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明一實(shí)施例提出的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，至少包括以下步驟：

S101，對懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件進(jìn)行模態(tài)分析以獲得有限元模型；

其中，懸臂結(jié)構(gòu)件可以為支架類結(jié)構(gòu)件，本實(shí)施例采用整體建模思路，懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件共同參與模態(tài)分析，以獲得有限元模型，具體可以采用CAE系統(tǒng)中的有限元分析軟件進(jìn)行模態(tài)分析。

S102，將所述有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)；

其中，實(shí)測模態(tài)指整車在實(shí)際狀態(tài)下測試的模態(tài)，具體實(shí)施時(shí)，將步驟S101獲得有限元模型與整車在實(shí)際狀態(tài)下測試的模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)，檢查有限元模型和實(shí)測模態(tài)的固有頻率和振型是否一致，若一致，則進(jìn)行下一步，若不一致，則修正所述有限元模型，具體可以修正所述有限元模型中懸臂結(jié)構(gòu)件和/或懸臂結(jié)構(gòu)件所承載的部件的材料參數(shù)，修正所述有限元模型中懸臂結(jié)構(gòu)件和懸臂結(jié)構(gòu)件所承載的部件的連接關(guān)系。

S103，在對標(biāo)后的有限元模型中加載實(shí)測的加速度譜，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，以獲得各頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果。

其中，該實(shí)測的加速度譜為實(shí)車道路行駛中的加速度譜，即汽車在道路上實(shí)際行駛時(shí)的加速度譜，具體為X/Y/Z三向的加速度譜，以該加速度譜作為振動頻率的來源，最終獲得各頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果，該結(jié)果即反應(yīng)了待測的懸臂結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度狀況。

相比現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，以與實(shí)測模態(tài)對標(biāo)過的模態(tài)分析有限元模型為基礎(chǔ)模型，加載加速度譜，重點(diǎn)考慮振動這一因素，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，輸出不同頻率下的應(yīng)力結(jié)果，最終獲得更符合實(shí)車測試狀態(tài)下的懸臂結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分布狀態(tài)，因此分析精度高，此外，由于有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行了對標(biāo)，能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的載荷不合理的問題，為懸臂結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析提供了可靠的分析方法，從而有效地支持了懸臂結(jié)構(gòu)件的開發(fā)。

請參閱圖2，本發(fā)明另一實(shí)施例提出的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，本實(shí)施例以某一車型的ECU支架為例進(jìn)行詳細(xì)說明，該方法至少包括以下步驟：

S201，向三維建模軟件輸入懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的結(jié)構(gòu)信息；

具體實(shí)施時(shí)，所述三維建模軟件為AutoCAD、Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley中的任一個(gè)，本實(shí)施例以AutoCAD為例進(jìn)行說明，向AutoCAD軟件中輸入懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的結(jié)構(gòu)信息，具體為懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的三維結(jié)構(gòu)圖。

S202，根據(jù)所述懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的結(jié)構(gòu)信息建立詳細(xì)的離散化模型，并按實(shí)車狀態(tài)建立相應(yīng)的裝配連接關(guān)系；

其中，根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的具體三維結(jié)構(gòu)圖建立詳細(xì)的離散化模型，并按實(shí)車狀態(tài)建立相應(yīng)的裝配連接關(guān)系，本實(shí)施例中的ECU支架的離散化模型可以參閱圖3。

S203，為所述懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件賦予各自的材料參數(shù)；

其中，所述材料參數(shù)為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、泊松比和密度中的一個(gè)或多個(gè)，具體可以根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的材料特性選擇其中最為重要的材料參數(shù)進(jìn)行分析。

S204，對懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件進(jìn)行模態(tài)分析以獲得有限元模型；

即根據(jù)所述懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件的離散化模型、裝配連接關(guān)系及各自的材料參數(shù)進(jìn)行模態(tài)分析以獲得有限元模型，具體可以采用CAE系統(tǒng)中的有限元分析軟件進(jìn)行模態(tài)分析，采用整體建模思路，懸臂結(jié)構(gòu)件及其所承載的部件共同參與模態(tài)分析。

S205，將所述有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)；

其中，步驟S205中將所述有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)的步驟具體包括：

將所述有限元模型與整車在實(shí)際狀態(tài)下測試的模態(tài)進(jìn)行對標(biāo)；

檢查有限元模型和實(shí)測模態(tài)的固有頻率和振型是否一致，

若不一致，修正所述有限元模型，以使所述有限元模型和整車在實(shí)際狀態(tài)下測試的模態(tài)的固有頻率和振型保持一致。

所述修正所述有限元模型的步驟具備包括：

修正所述有限元模型中懸臂結(jié)構(gòu)件和/或懸臂結(jié)構(gòu)件所承載的部件的材料參數(shù)，修正所述有限元模型中懸臂結(jié)構(gòu)件和懸臂結(jié)構(gòu)件所承載的部件的連接關(guān)系。請參閱圖4，實(shí)測模態(tài)結(jié)果為27.99Hz，請參閱圖5，有限元模型也為28Hz，表明已完成了對標(biāo)。

S206，通過所述懸臂結(jié)構(gòu)件的安裝點(diǎn)預(yù)置的加速度傳感器，測量實(shí)車道路行駛中的加速度譜；

具體實(shí)施時(shí)，也可在進(jìn)行強(qiáng)度分析前，預(yù)先在懸臂結(jié)構(gòu)件的安裝點(diǎn)布置好加速度傳感器，其中，所述加速度譜為X/Y/Z三向的加速度譜，以該加速度譜作為振動頻率的來源，請參閱圖6所示的實(shí)測時(shí)域下的加速度譜。

S207，對測量到的實(shí)車道路行駛中的加速度譜進(jìn)行傅里葉變換處理，得到傅里葉變換處理后的加速度譜；

具體實(shí)施時(shí)，若測量到的實(shí)車道路行駛中的加速度譜中出現(xiàn)了噪聲數(shù)據(jù)，則對加速度譜進(jìn)行去除噪聲的操作，保留剩余的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行傅里葉變換，請參閱圖7，獲得了傅里葉變換處理后的加速度譜。

S208，在對標(biāo)后的有限元模型中加載所述傅里葉變換處理后的加速度譜，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，以獲得各頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果；

即以該加速度譜作為振動頻率的來源，最終獲得各頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果，該結(jié)果即反應(yīng)了待測的懸臂結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度狀況，具體請參閱圖8。

S209，判斷所述應(yīng)力分布結(jié)果中的最大應(yīng)力值是否超出所述懸臂結(jié)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度；

若所述應(yīng)力分布結(jié)果中的最大應(yīng)力值小于等于所述懸臂結(jié)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度，則表明該評價(jià)應(yīng)力分布結(jié)果能夠滿足實(shí)際要求，流程結(jié)束。

S210，若是，則優(yōu)化所述懸臂結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和/或材料，并返回所述在對標(biāo)后的有限元模型中加載實(shí)測的加速度譜，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，以獲得不同頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果的步驟，直至所述應(yīng)力分布結(jié)果中的最大應(yīng)力值小于等于所述懸臂結(jié)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度為止。

請繼續(xù)參閱圖8，該評價(jià)應(yīng)力分布結(jié)果顯示最大應(yīng)力值為449MPa，假定該ECU支架的屈服強(qiáng)度235MPa，由于應(yīng)力分布結(jié)果中的最大應(yīng)力值大于懸臂結(jié)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度，需要進(jìn)行優(yōu)化，本實(shí)施例具體優(yōu)化手段為挖孔和增加加強(qiáng)板，具體請參閱圖9，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，返回所述在對標(biāo)后的有限元模型中加載實(shí)測的加速度譜，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，以獲得不同頻率下的應(yīng)力分布結(jié)果的步驟，請參閱圖10，最終重新獲得應(yīng)力分布結(jié)果顯示最大應(yīng)力值為219MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度235MPa，表明優(yōu)化后評價(jià)應(yīng)力分布結(jié)果能夠滿足實(shí)際要求，流程結(jié)束。

上述實(shí)施例提出的汽車懸臂結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析的方法，以與實(shí)測模態(tài)對標(biāo)過的模態(tài)分析有限元模型為基礎(chǔ)模型，加載加速度譜，考慮振動這一因素，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，輸出不同頻率下的應(yīng)力結(jié)果，最終獲得更符合實(shí)車測試狀態(tài)下的懸臂結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分布狀態(tài)，因此分析精度高，由于有限元模型與實(shí)測模態(tài)進(jìn)行了對標(biāo)，能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)中的載荷不合理的問題，為懸臂結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析提供了可靠的分析方法，從而有效地支持了懸臂結(jié)構(gòu)件的開發(fā)，此外，對后續(xù)的改動不大的衍生懸臂結(jié)構(gòu)件，也可以在該方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行預(yù)判性分析。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個(gè)步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來實(shí)現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。