基于FEMFAT的某重卡后视镜支架疲劳耐久仿真分析研究

    0 引言

    后视镜支架作为重卡车的主要部件之一，通过螺栓固定在车身上，且在车辆行驶过程中承受来自于路面的载荷。若在路况不好的路面行车，后视镜支架晃动加剧，因而承受的瞬时冲击力和随机载荷也随之加大，这样就会导致在个别应力较大点处产生裂纹甚至断裂。若断裂发生在行驶过程中，后视镜支架很可能会脱落，从而带来安全隐患。

    本次要分析的后视镜支架在实车试验中确实出现了断裂情况，因此，需要对其进行疲劳耐久仿真分析并且进行材料优化，从而保证在后续工作中后视镜支架有良好的工作能力。

    鉴于此，本文采用高级通用有限元软件NAS-TRAN和FEMFAT对某重卡后视镜支架进行疲劳耐久分析，验证了仿真分析和实际工作的一致性，且进行了材料优化分析，优化之后的后视镜支架的寿命较之前有了很大提高。

    1 强度仿真分析

    1.1 三维模型建立

    在对后视镜支架进行三维建模时，需要考虑后续有限元分析时网格的精度。因此，在不影响计算结果的情况下，一些较小的圆角和孔都省略掉，这样在后续进行网格划分时，既可以提高网格精度又能提高计算速度。图1为后视镜支架的三维模型。

    对图1的三维模型进行网格划分并且对不同的单元类型赋予相应的单元属性，后视镜支架与车身连接的螺栓采用固定约束，在后视镜的质心位置加载质量点。材料选用铸铝，得到如图2所示的后视镜支架的有限元模型。

    1.3 强度计算结果

    如图3所示的是后视镜支架的等效应力云图，该应力结果将用于后续疲劳耐久分析。

    图3 后视镜支架等效应力云图

    2 疲劳耐久分析

    2.1 疲劳耐久分析加速度载荷

    后视镜支架的加速度载荷分别取自三种不同的路面:高速公路、水泥路和土路。在后视镜支架上安装三向加速度传感器，分别测得其在三种路面上行驶时的加速度值，如图4、5、6所示。测试时间为320秒；车辆在高速公路上行驶的速度为70km/h，在水泥路上行驶的速度为55km/h，在土路上行驶的速度为35km/h。由此，可以计算出车辆在三种路面上行驶时后视镜支架循环一次的里程分别为6208公里、4889公里和3111公里。

    图6 后视镜支架在土路上的加速度值