牵引座动态疲劳试验仿真分析

基于GB/T 20069-2006《道路车辆-牵引座强度试验》中相关试验要求及试验方法，建立牵引座动态试验有限元分析模型，基于名义应力法，利用疲劳分析软件对模型进行疲劳仿真分析，以验证牵引座模型结构是否符合标准要求，为牵引座动态疲劳试验提供参考依据。

一、载荷及工况确定

（1）工况分析

工况：GB/T 20069-2006《道路车辆-牵引座强度试验》标准中5.3.1.2、5.3.1.3；

试验频率要求：试验频率应不超过35HZ；

加载方式：两个方向同时加载。

（2）载荷计算

GB/T 20069-2006《道路车辆-牵引座强度试验》标准要求，对于50号牵引座进行动态疲劳试验时，需在两个方向同时施加交变载荷，其中5.3.1.2中规定施加FVt，方向如图1所示，作为工况一载荷输入；5.3.1.3中规定用牵引销牵引施加Fht，方向如图1所示，作为工况二载荷输入。



式中，g——重力加速度，为9.81m/s2

U——半挂车装载到其最大设计总质量时，垂直施加在牵引座上的质量，单位为吨（t）

D——牵引车与半挂车之间产生的纵向力的计算值，单位为千牛（KN）

R——由牵引座牵引的半挂车的最大设计总质量，单位为吨（t）

T——用于牵引半挂车的牵引车的最大设计总质量，单位为吨（t）

根据GB1589-2016《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限制》中相关规定，通过计算得到 U，D，FVt，Fht。


图1 标准规定动态加载示意图

二、 材料特性

牵引座主体结构均采用Q345材料（表1），根据试验室得到的材料SN曲线（图2）以及Q345的材料特性，在软件中拟合得到材料的SN曲线如图3所示。

表1 Q345材料特性




图2 Q345试验SN曲线


图3 软件拟合SN曲线

三、有限元模型

依据动态试验工况分析结果，在软件中建立有限元及疲劳仿真模型（图4至图5），基于名义应力法建立疲劳仿真分析，需先进行静力学仿真分析，结合两个方向的载荷谱（图6至图7），在疲劳分析软件中进行分析。


图4 有限元仿真模型


图5 疲劳仿真模型


图6 竖直载荷谱曲线


图7 水平载荷谱曲线

四、单元载荷下静力分析结果

两个方向力在单元载荷下应力分析结果如图8至图9所示，竖直方向最大应力为0.0035MPa，水平方向最大应力为0.0020MPa。


图8 竖直方向单元载荷下应力云图


图9 水平方向单元载荷下应力云图

五、结果分析

疲劳分析结果如图10至图11所示， GB/T 20069-2006《道路车辆-牵引座强度试验》 规定的动态试验载荷循环次数不得小于2×106，依据此值过滤疲劳分析寿命结果，在鞍座包箱焊接位置的部分单元（图中红色区域），疲劳寿命次数为略小于2×106 此处的损伤也最大达到7.62，但牵引座整体寿命均在2×106以上。


图10 疲劳损伤结果


图11 疲劳寿命结果

六、结论

依据GB/T 20069-2006《道路车辆-牵引座强度试验》规定，对牵引座进行动态疲劳试验仿真分析，仿真结果表明，牵引座模型整体满足GB/T 20069-2006《道路车辆-牵引座强度试验》标准中规定的动态疲劳要求，鞍座包箱焊接位置局部单元疲劳寿命达不到标准要求。