汽車結構的耐久性 理論與實踐

序
前言

上篇汽車結構耐久性能的基礎理論和分析方法

第1章汽車結構的耐久性能概述3
11汽車設計中的結構耐久性能要求3
111汽車的耐久性能及其設計目標3
112汽車結構的耐久性能要求4
12汽車結構在正常使用情況下的主要失效5
121汽車在正常使用下的主要失效5
122結構的過度變形8
123零件的屈曲9
124零件的斷裂10
125零件的磨損 12
126零件的腐蝕12
127老化13
128本書范疇13
13汽車結構耐久性能的設計要求14
131汽車產品耐久性能的總要求14
132汽車在靜態(tài)下的結構耐久要求15
133汽車在運輸狀態(tài)下的結構耐久要求16
134汽車在行駛狀態(tài)下的結構耐久要求16
135汽車在維修狀態(tài)下的結構耐久要求16
14汽車結構的設計、分析與驗證16
141汽車結構設計的過程16
142汽車設計中的工程分析17
143汽車結構設計的驗證18
144汽車結構分析中的計算機輔助工程19

第2章金屬材料和結構的基本力學性能21
21金屬材料的失效形式和力學性能21
211金屬材料的失效形式21
212金屬材料的力學性能21
22無缺陷材料的靜態(tài)力學性能22
221常溫下材料單向靜態(tài)拉伸時的力學行為22
222材料的變形24
223溫度對材料力學性能的影響25
224常溫下材料單向動態(tài)拉伸時的力學性能27
225多向復合應力狀態(tài)下的材料強度理論27
23有缺陷材料的靜態(tài)力學性能29
231材料的斷裂韌度和單向裂紋問題30
232材料的裂紋對結構強度的影響31
233復合型裂紋問題32
24材料在交變載荷下的力學性能33
241無缺陷材料的疲勞強度33
242有缺陷材料的疲勞問題35
25結構的力學性能36
251結構的剛度36
252結構的強度38
253結構的振動特性39
254結構的穩(wěn)定性40
26汽車結構耐久性能的力學要素40
參考文獻42

第3章汽車結構耐久性能的計算機仿真分析43
31多體系統(tǒng)動力學43
311多體系統(tǒng)43
312汽車多體動力學模型46
313多剛體系統(tǒng)動力學方程47
314柔性多體動力學49
32有限元方法的基本原理 50
321汽車結構的有限元描述50
322彈性力學問題的有限元方法52
33非線性問題的有限元方法58
331材料非線性問題的有限元分析59
332幾何非線性問題的有限元分析63
333接觸問題的有限元分析65
34動力學問題的有限元方法67
341線性動力學問題68
342非線性動力學問題69
343非線性有限元的計算方法72
344虛擬試車場73
35熱力學分析的基本原理86
351熱傳導方程86
352熱傳導方程的有限元方法解法87
353熱應變90
354熱應力91
36發(fā)動機相關性能仿真分析的簡介 91
37汽車結構耐久的計算機仿真分析93
參考文獻97

第4章長期載荷下結構位移的計算方法98
41結構的靜態(tài)位移99
42結構的動態(tài)位移100
421直接積分法100
422模態(tài)分析法100
43結構對支座運動的響應105
431結構對單一支座同向平動運動的響應107
432結構對單一支座多向運動的響應108
433結構對多支座運動的響應109
參考文獻110

第5章長期載荷下結構應力的計算方法111
51平面應力的基本公式111
52靜態(tài)應力的計算113
521直接計算法114
522靜態(tài)模態(tài)應力疊加法115
53準靜態(tài)應力的計算（慣性釋放分析法）123
54動態(tài)應力的計算（應力模態(tài)分析理論）125
541模態(tài)應力126
542強迫振動的瞬態(tài)應力響應解 130
543應力頻率響應函數(shù)133
544共振時的應力134
545振動系統(tǒng)位移和應力響應的比較140
546模態(tài)截斷的影響141
547模態(tài)截斷后的剩余模態(tài)143
548動力學響應計算中的靜態(tài)響應149
549汽車綜合耐久試驗仿真中的應力計算與分析151
參考文獻164

第6章結構疲勞壽命的基礎理論和計算方法165
61疲勞失效的概念165
62應力-壽命法166
621 應力-壽命曲線166
622應力-壽命的近似公式169
623平均應力對壽命的影響171
624其他影響疲勞壽命的因素175
625變幅應力下的疲勞壽命計算176
626多向應力下的疲勞壽命計算179
63應變-壽命法181
631應力-應變關系181
632應變-壽命曲線184
633平均應力對疲勞壽命的影響185
634不規(guī)則應力下的應力循環(huán)187
635多向應力下的疲勞壽命計算190
636塑性應力和應變的近似計算190
637應變-壽命法的實際應用191
64組合事件的應變疲勞壽命計算方法194
641臨界平面的確定195
642平均應力修正197
643組合事件的疲勞壽命計算197
65頻域振動疲勞壽命的理論201
651時域響應和頻域響應201
652應力功率譜密度201
653頻域疲勞壽命計算202
654應力響應功率譜密度的計算203
655頻域方法的局限性204
66裂紋擴展205
67焊縫的疲勞分析207
671名義應力法208
672熱點應力法209
673結構應力法 209
674缺口應力法216
68焊點的疲勞分析217
681焊點的一般特性217
682Rupp-Storzel-Grubisic方法219
683Kang-Dong-Hong方法221
684Swellam方法223
69熱疲勞的分析224
691應力-應變關系225
692基于溫度－時間參數(shù)的蠕變壽命估算方法227
693基于損傷力學的蠕變壽命計算方法229
694Sehitoglu損傷模型231
695發(fā)動機結構的疲勞分析232
參考文獻235

第7章接觸表面的磨損和腐蝕237
71磨損的基本概念237
72黏著磨損238
73磨料磨損238
74疲勞磨損239
741接觸應力239
742接觸疲勞破壞的應力準則242
743接觸疲勞磨損的機理243
744接觸疲勞的計算244
745接觸疲勞與整體結構疲勞的差別244
75腐蝕磨損245
參考文獻246

第8章結構屈曲（穩(wěn)定性）的基礎理論247
81結構屈曲的臨界載荷248
811線性屈曲分析248
812臨界載荷的非線性分析方法251
813幾何不完美結構的臨界載荷251
82后屈曲分析252
821非線性屈曲的計算方法252
822后屈曲的結構變形253
823瞬間翻轉型屈曲(snapthrough buckling) 253
參考文獻257

下篇汽車主要系統(tǒng)的結構耐久性能分析

第9章汽車結構耐久的載荷261
91汽車使用時的載荷261
911汽車正常使用時的載荷261
912汽車結構耐久的設計載荷265
92整車結構設計的路面載荷267
921路面工況的設計載荷267
922準靜態(tài)設計載荷的類型270
923整車結構設計的典型工況271
924集中質量零部件的準靜態(tài)設計載荷283
925時域的動態(tài)道路載荷284
926基于多體動力學的虛擬試車場287
927關于整車道路載荷的更多說明290
93發(fā)動機結構的設計載荷295
931裝配載荷295
932機械載荷297
933熱載荷308
94汽車發(fā)動機懸置的載荷312
941發(fā)動機懸置靜態(tài)經驗工況的載荷分解312
942發(fā)動機懸置的動態(tài)載荷分解313
參考文獻313

第10章底盤結構的耐久分析315
101概述315
1011剛度分析315
1012強度分析316
1013疲勞分析317
102懸架類型簡介320
1021麥弗遜式前懸架320
1022雙橫臂式前懸架320
1023扭力梁式后懸架320
1024多連桿后懸架321
103前懸架結構的耐久分析321
1031前轉向節(jié)的結構耐久分析321
1032下控制臂的結構耐久分析324
1033前副車架的結構耐久分析327
1034上控制臂的結構耐久分析331
1035穩(wěn)定桿的結構耐久分析332
104后懸架結構的耐久分析332
1041后轉向節(jié)的結構耐久分析332
1042后副車架的結構耐久分析334
1043后懸架彈簧托臂的結構耐久分析336
1044二力桿控制臂的結構耐久分析337
1045扭力梁的結構耐久分析339
105動力懸置支架的結構耐久分析343

第11章車身本體結構的耐久分析347
111概述347
112車身本體結構的整體剛度348
1121車身彎曲剛度348
1122車身扭轉剛度351
1123車身模態(tài)353
113車身局部結構的剛度353
1131洞口變形量353
1132前端、后端彎曲剛度 354
114安裝點的剛度355
1141車身懸架安裝點靜剛度355
1142車身座椅安裝點的剛度 356
1143車身發(fā)動機艙蓋安裝點剛度357
1144車身車門鉸鏈和門鎖安裝點的剛度357
1145車身后背門安裝點剛度358
1146踏板安裝點剛度359
1147其他零部件安裝點的剛度360
115準靜態(tài)工況下白車身結構的靜強度361
116車身局部強度362
1161車身減振器座的強度362
1162制動踏板安裝點強度364
1163汽車舉升點的結構強度365
1164拖鉤安裝點強度366
1165蓄電池安裝點強度368
117車身結構的疲勞分析369
1171綜合耐久試驗載荷下的車身結構疲勞369
1172制動踏板安裝點的疲勞376
118車身覆蓋件的抗凹性377

第12章開閉件結構的耐久分析380
121概述380
122發(fā)動機艙蓋的結構耐久分析381
1221發(fā)動機艙蓋結構的剛度381
1222發(fā)動機艙蓋結構的強度和疲勞384
123側門的結構耐久分析385
1231側門結構的剛度385
1232側門結構的強度和疲勞387
124行李艙蓋的結構耐久分析390
1241行李艙蓋結構的剛度390
1242行李艙蓋結構的強度和疲勞391
125后背門的結構耐久分析392
1251后背門結構的剛度392
1252后背門的強度和疲勞393

第13章發(fā)動機結構的耐久分析396
131概述396
132缸蓋的結構耐久分析398
1321缸蓋相關的失效形式398
1322缸蓋的高周疲勞分析399
1323缸蓋的低周疲勞分析404
1324缸墊的密封性分析405
1325氣門和氣門座的變形和錯位410
133缸體的結構耐久分析414
1331缸體的失效模式414
1332缸體上部的高周疲勞分析417
1333缸體下部的高周疲勞分析417
1334缸體的磨蝕疲勞分析420
1335氣缸孔變形421
1336曲軸孔的變形和錯位425
134連桿的結構耐久分析428
1341連桿的失效模式428
1342連桿的危險工況430
1343連桿的強度分析431
1344連桿的屈曲分析434