CN118153372A - 车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法、装置，包括：采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱；将采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱；建立液压式千斤顶与固定支架系统的有限元网格模型；赋予有限元网格模型各部分结构对应的材料、厚度与质量属性；建立各部件的连接关系；确定有限元网格模型的约束关系；对有限元模型进行频率响应分析，获得应力响应谱；疲劳分析求解损伤值并进行评价。本发明将时域载荷谱转化为频域载荷谱，并通过有限元建模进行基于频域的随机振动疲劳分析，结果准确性较高，大幅提高耐久性能校核的效率。

Description

车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法、装置

技术领域

本发明属于车用液压式千斤顶固定支架疲劳分析技术领域，具体涉及一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法、装置。

背景技术

作为随车工具，千斤顶是一种由刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座在行程内顶升重物的起重设备，在车辆修理时起支撑作用。

车用液压千斤顶由缸体、活塞、阀体、底座等组件及内部油液构成，存放在汽车后备箱内。车用液压千斤顶固定支架由金属板焊接而成，通过螺栓连接车身地板。液压千斤顶以手轮拧紧及活塞举升顶紧的方式固定于支架。

随机振动疲劳是结构所受外界交变载荷的频率分布与其固有频率分布具有交集或接近，使结构产生共振而导致疲劳的现象。

在行车过程中，由金属板焊接而成的千斤顶固定支架，不仅易受各方向加速度载荷作用而引起静载疲劳破坏，还容易受到路面随机激励而导致的振动疲劳破坏。

目前尚无对车用液压式千斤顶固定支架进行随机振动疲劳分析的方法。这将造成对该类支架随机振动疲劳分析的流程、评价方式不清晰、不明确，不能客观地预测该类支架的随机振动耐久性能。

当前的对该类支架的疲劳分析大多基于时域方法，即对模型施加所采集的时域载荷谱，计算结构疲劳。该方法需要一定量的时域载荷数据，前期载荷谱采集时间较长，且计算求解较耗时。

对车用液压千斤顶固定支架耐久性能的预测目前是在整车道路耐久试验中完成的，周期较长；同时，由于试验道路的路况不尽相同，则预测结果存在一定的随机与偶然性。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，将时域载荷谱转化为频域载荷谱，并通过有限元建模进行基于频域的随机振动疲劳分析，结果准确性较高，能够大幅提高对液压千斤顶固定支架耐久性能校核的效率，较大程度的替代试验，避免道路试验结果的偶然与随机性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

作为本发明的一方面，提供一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，包括以下步骤：

S1.采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱；

S2.将所述步骤S1采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱；

S3.建立液压式千斤顶与固定支架系统的有限元网格模型；

S4.赋予有限元网格模型各部分结构对应的材料、厚度与质量属性；

S5.建立各部件的连接关系；

S6.确定有限元网格模型的约束关系；

S7.对有限元模型进行频率响应分析，获得应力响应谱；

S8.疲劳分析求解损伤值并进行评价。

进一步地，所述步骤S2包括：将所述步骤S1采集的时域载荷谱进行去毛刺、去趋势项、滤波处理，并转化为频域载荷谱，作为频域疲劳分析工况的载荷数据。

进一步地，所述步骤S3包括：

S31.用二维壳单元建立液压式千斤顶固定支架，包括组成支架的底板、车身加强板、顶板及侧板；用二维壳单元模拟侧板与顶板、侧板与底板间的焊缝；

S32.用三维实体单元建立千斤顶缸体部分外壳、千斤顶底座部分及底座侧面的橡胶衬垫；

S33.不考虑手轮的实体结构，将其简化为运动耦合单元连接千斤顶底座与支架。

进一步地，所述步骤S4包括：

S41.按照固定支架、千斤顶底座、橡胶衬垫所用的材料分别定义对应的材料参数，具体包括密度、弹性模量、泊松比；

S42.按照实际几何尺寸赋予固定支架各部分板料厚度；

S43.定义千斤顶缸体外壳材料的弹性模量、泊松比；将千斤顶缸体内部阀体、油液的质量等效赋予缸体外壳。

进一步地，所述步骤S5包括：

S51.将千斤顶底座与千斤顶缸体外壳，千斤顶底座与橡胶衬垫，橡胶衬垫与侧板间分别建立接触绑定；

S52.以运动耦合单元连接顶板与千斤顶活塞顶面；

S53.以运动耦合单元连接底板、车身加强板上相对应的各螺栓孔，该运动耦合单元的主点设在各螺栓孔圆心点连线形成的多边形形心。

进一步地，所述步骤S6包括：

以所述步骤S5建立连接关系后的模型为基础，以连接底板、车身加强板上相对应各螺栓孔形成的运动耦合单元的主点作为固定端，最终形成液压式千斤顶固定支架频域疲劳分析的有限元模型。

进一步地，所述步骤S7包括：

对所述步骤S6形成的有限元模型进行频率响应分析，以步骤S6中确定的固定端做作为基础运动的激励点，得到应力响应谱。

进一步地，所述步骤S8包括：

将所述步骤S2中得到的频域载荷谱数据及步骤S7中获得的应力响应谱输入疲劳分析软件，指定焊缝单元，参照支架材料的力学性能，得到支架的损伤值分布；若损伤值小于阈值，则判定支架的耐久性能满足要求；反之，若损伤值大于阈值，则判定支架的耐久性能不满足要求。

作为本发明的另一方面，提供一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析装置，包括：

时域载荷谱数据获取模块，用于采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱；

频域载荷谱转化模块，用于将时域载荷谱数据获取模块采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱；

有限元模型构建模块，用于构建液压式千斤顶固定支架频域疲劳分析的有限元模型；

应力响应谱获取模块，用于对有限元模型进行频率响应分析，得到结构的应力响应谱；

疲劳强度分析模块，用于根据频域载荷谱及应力响应谱进行疲劳分析，得到支架的损伤值分布。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明建立了对车用液压式千斤顶固定支架进行随机振动疲劳分析的方法，明确了分析流程、评价方式，能够客观地预测该类支架的随机振动耐久性能。

2、本发明是基于频域的随机振动疲劳分析方法，由于将时域载荷谱转化为频域载荷谱，只有频率组成而没有时长的概念，分析中能够考虑支架的静载疲劳与随机振动疲劳，结果准确性较高；且载荷谱采集与计算求解耗时均大幅减少。

3、本发明通过仿真分析，能够大幅提高对液压千斤顶固定支架耐久性能校核的效率，缩短验证周期；同时，能够较大程度的替代试验，避免道路试验结果的偶然与随机性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法流程图；

图2为液压式千斤顶固定支架系统结构示意图；

图3为液压式千斤顶固定支架系统另一角度的结构示意图；

图4为本发明实施例建立的液压式千斤顶固定支架系统有限元模型；

图中：

1-千斤顶缸体部分；2-千斤顶底座部分；3-活塞；4-顶板；5-侧板I；6-侧板II；7-底板；8-车身加强板；9-车身地板；10-手轮；11-螺栓；12-连接螺母；13-橡胶衬垫；14-焊缝I；15-焊缝II；16-焊缝III；17-焊缝IV。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1所示，一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，包括以下步骤：

S1.采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱。

S2.将所述步骤S1采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱：

将步骤S1采集的时域载荷谱进行去毛刺、去趋势项、滤波等处理，以获得高质量数据，并转化为频域载荷谱，作为频域疲劳分析工况的载荷数据。

由于将时域载荷谱转化为频域载荷谱，只有频率组成而没有时长的概念，分析中能够考虑支架的静载疲劳与随机振动疲劳，结果准确性较高；且载荷谱采集与计算求解耗时均大幅减少。

S3.建立液压式千斤顶与固定支架系统的有限元网格模型：

S31.用二维壳单元建立液压式千斤顶固定支架，包括组成支架的底板7、车身加强板8、顶板4及侧板5、6(包含侧板I与侧板II)；用二维壳单元模拟侧板与顶板、侧板与底板间的焊缝14、15、16、17(包含焊缝I、焊缝II、焊缝III、焊缝IV)；

S32.用三维实体单元建立千斤顶缸体部分1外壳、千斤顶底座部分2及底座侧面的橡胶衬垫13；

S33.不考虑手轮10的实体结构，将其简化为运动耦合单元(rb2单元)连接千斤顶底座与支架。

S4.赋予有限元网格模型各部分结构对应的材料、厚度与质量属性：

S41.按照固定支架、千斤顶底座、橡胶衬垫所用的材料分别定义对应的材料参数，具体包括密度、弹性模量、泊松比等；

S42.按照实际几何尺寸赋予固定支架各部分板料厚度；

S43.定义千斤顶缸体外壳材料的弹性模量、泊松比；将千斤顶缸体内部阀体、油液等的质量等效赋予缸体外壳。

S5.建立各部件的连接关系：

S51.将千斤顶底座与千斤顶缸体外壳、千斤顶底座与橡胶衬垫、橡胶衬垫与侧板间建立接触绑定(tie)；

S52.以运动耦合单元(rb2单元)连接顶板与千斤顶活塞顶面；

S53.以运动耦合单元(rb2单元)连接底板、车身加强板上相对应的各螺栓孔，该运动耦合单元(rb2单元)的主点设在各螺栓孔圆心点连线形成的多边形形心。

S6.确定有限元网格模型的约束关系：

以步骤S5建立连接关系后的模型为基础，以连接底板、车身加强板上相对应各螺栓孔形成的运动耦合单元(rb2单元)的主点作为固定端，最终形成液压式千斤顶固定支架频域疲劳分析的有限元模型。

S7.对有限元模型进行频率响应分析，获得应力响应谱：

对步骤S6形成的有限元模型进行频率响应分析，以步骤S6中确定的固定端做作为基础运动的激励点，得到结构的应力响应谱。

由于千斤顶固定支架各固定螺栓位置较为接近，在行车过程中振动的相似性与同步性较高，这样以单点激励表征各螺栓固定点激励的分析方法能够保证分析精度，且会使载荷测试及数据处理阶段的工作量与复杂程度大幅降低。

S8.疲劳分析求解损伤值并进行评价：

将所述步骤S2中得到的频域载荷谱数据及步骤S7中获得的应力响应谱输入疲劳分析软件，指定焊缝单元，参照支架材料的力学性能，得到支架的损伤值分布；若损伤值小于阈值，则判定支架的耐久性能满足要求；反之，若损伤值大于阈值，则判定支架的耐久性能不满足要求。

实施例2

一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析装置，包括：

时域载荷谱数据获取模块，用于采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱；

频域载荷谱转化模块，用于将时域载荷谱数据获取模块采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱；

有限元模型构建模块，用于构建液压式千斤顶固定支架频域疲劳分析的有限元模型；

应力响应谱获取模块，用于对有限元模型进行频率响应分析，得到结构的应力响应谱；

疲劳强度分析模块，用于根据频域载荷谱及应力响应谱进行疲劳分析，得到支架的损伤值分布。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱；

S2.将所述步骤S1采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱；

S3.建立液压式千斤顶与固定支架系统的有限元网格模型；

S4.赋予有限元网格模型各部分结构对应的材料、厚度与质量属性；

S5.建立各部件的连接关系；

S6.确定有限元网格模型的约束关系；

S7.对有限元模型进行频率响应分析，获得应力响应谱；

S8.疲劳分析求解损伤值并进行评价。

2.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述步骤S1采集的时域载荷谱进行去毛刺、去趋势项、滤波处理，并转化为频域载荷谱，作为频域疲劳分析工况的载荷数据。

3.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31.用二维壳单元建立液压式千斤顶固定支架，包括组成支架的底板、车身加强板、顶板及侧板；用二维壳单元模拟侧板与顶板、侧板与底板间的焊缝；

S32.用三维实体单元建立千斤顶缸体部分外壳、千斤顶底座部分及底座侧面的橡胶衬垫；

S33.不考虑手轮的实体结构，将其简化为运动耦合单元连接千斤顶底座与支架。

4.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41.按照固定支架、千斤顶底座、橡胶衬垫所用的材料分别定义对应的材料参数，具体包括密度、弹性模量、泊松比；

S42.按照实际几何尺寸赋予固定支架各部分板料厚度；

S43.定义千斤顶缸体外壳材料的弹性模量、泊松比；将千斤顶缸体内部阀体、油液的质量等效赋予缸体外壳。

5.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51.将千斤顶底座与千斤顶缸体外壳，千斤顶底座与橡胶衬垫，橡胶衬垫与侧板间分别建立接触绑定；

S52.以运动耦合单元连接顶板与千斤顶活塞顶面；

S53.以运动耦合单元连接底板、车身加强板上相对应的各螺栓孔，该运动耦合单元的主点设在各螺栓孔圆心点连线形成的多边形形心。

6.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

以所述步骤S5建立连接关系后的模型为基础，以连接底板、车身加强板上相对应各螺栓孔形成的运动耦合单元的主点作为固定端，最终形成液压式千斤顶固定支架频域疲劳分析的有限元模型。

7.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

对所述步骤S6形成的有限元模型进行频率响应分析，以步骤S6中确定的固定端做作为基础运动的激励点，得到应力响应谱。

8.如权利要求1所述的一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S8包括：

将所述步骤S2中得到的频域载荷谱数据及步骤S7中获得的应力响应谱输入疲劳分析软件，指定焊缝单元，参照支架材料的力学性能，得到支架的损伤值分布；若损伤值小于阈值，则判定支架的耐久性能满足要求；反之，若损伤值大于阈值，则判定支架的耐久性能不满足要求。

9.一种车用液压式千斤顶固定支架随机振动疲劳分析装置，其特征在于，包括：

时域载荷谱数据获取模块，用于采集液压式千斤顶底座附近车身地板上单点的时域载荷谱；

频域载荷谱转化模块，用于将时域载荷谱数据获取模块采集的时域载荷谱转化为频域载荷谱；

有限元模型构建模块，用于构建液压式千斤顶固定支架频域疲劳分析的有限元模型；

应力响应谱获取模块，用于对有限元模型进行频率响应分析，得到结构的应力响应谱；

疲劳强度分析模块，用于根据频域载荷谱及应力响应谱进行疲劳分析，得到支架的损伤值分布。