汽车结构的耐久性 理论与实践

序
前言

上篇汽车结构耐久性能的基础理论和分析方法

第1章汽车结构的耐久性能概述3
11汽车设计中的结构耐久性能要求3
111汽车的耐久性能及其设计目标3
112汽车结构的耐久性能要求4
12汽车结构在正常使用情况下的主要失效5
121汽车在正常使用下的主要失效5
122结构的过度变形8
123零件的屈曲9
124零件的断裂10
125零件的磨损 12
126零件的腐蚀12
127老化13
128本书范畴13
13汽车结构耐久性能的设计要求14
131汽车产品耐久性能的总要求14
132汽车在静态下的结构耐久要求15
133汽车在运输状态下的结构耐久要求16
134汽车在行驶状态下的结构耐久要求16
135汽车在维修状态下的结构耐久要求16
14汽车结构的设计、分析与验证16
141汽车结构设计的过程16
142汽车设计中的工程分析17
143汽车结构设计的验证18
144汽车结构分析中的计算机辅助工程19

第2章金属材料和结构的基本力学性能21
21金属材料的失效形式和力学性能21
211金属材料的失效形式21
212金属材料的力学性能21
22无缺陷材料的静态力学性能22
221常温下材料单向静态拉伸时的力学行为22
222材料的变形24
223温度对材料力学性能的影响25
224常温下材料单向动态拉伸时的力学性能27
225多向复合应力状态下的材料强度理论27
23有缺陷材料的静态力学性能29
231材料的断裂韧度和单向裂纹问题30
232材料的裂纹对结构强度的影响31
233复合型裂纹问题32
24材料在交变载荷下的力学性能33
241无缺陷材料的疲劳强度33
242有缺陷材料的疲劳问题35
25结构的力学性能36
251结构的刚度36
252结构的强度38
253结构的振动特性39
254结构的稳定性40
26汽车结构耐久性能的力学要素40
参考文献42

第3章汽车结构耐久性能的计算机仿真分析43
31多体系统动力学43
311多体系统43
312汽车多体动力学模型46
313多刚体系统动力学方程47
314柔性多体动力学49
32有限元方法的基本原理 50
321汽车结构的有限元描述50
322弹性力学问题的有限元方法52
33非线性问题的有限元方法58
331材料非线性问题的有限元分析59
332几何非线性问题的有限元分析63
333接触问题的有限元分析65
34动力学问题的有限元方法67
341线性动力学问题68
342非线性动力学问题69
343非线性有限元的计算方法72
344虚拟试车场73
35热力学分析的基本原理86
351热传导方程86
352热传导方程的有限元方法解法87
353热应变90
354热应力91
36发动机相关性能仿真分析的简介 91
37汽车结构耐久的计算机仿真分析93
参考文献97

第4章长期载荷下结构位移的计算方法98
41结构的静态位移99
42结构的动态位移100
421直接积分法100
422模态分析法100
43结构对支座运动的响应105
431结构对单一支座同向平动运动的响应107
432结构对单一支座多向运动的响应108
433结构对多支座运动的响应109
参考文献110

第5章长期载荷下结构应力的计算方法111
51平面应力的基本公式111
52静态应力的计算113
521直接计算法114
522静态模态应力叠加法115
53准静态应力的计算（惯性释放分析法）123
54动态应力的计算（应力模态分析理论）125
541模态应力126
542强迫振动的瞬态应力响应解 130
543应力频率响应函数133
544共振时的应力134
545振动系统位移和应力响应的比较140
546模态截断的影响141
547模态截断后的剩余模态143
548动力学响应计算中的静态响应149
549汽车综合耐久试验仿真中的应力计算与分析151
参考文献164

第6章结构疲劳寿命的基础理论和计算方法165
61疲劳失效的概念165
62应力-寿命法166
621 应力-寿命曲线166
622应力-寿命的近似公式169
623平均应力对寿命的影响171
624其他影响疲劳寿命的因素175
625变幅应力下的疲劳寿命计算176
626多向应力下的疲劳寿命计算179
63应变-寿命法181
631应力-应变关系181
632应变-寿命曲线184
633平均应力对疲劳寿命的影响185
634不规则应力下的应力循环187
635多向应力下的疲劳寿命计算190
636塑性应力和应变的近似计算190
637应变-寿命法的实际应用191
64组合事件的应变疲劳寿命计算方法194
641临界平面的确定195
642平均应力修正197
643组合事件的疲劳寿命计算197
65频域振动疲劳寿命的理论201
651时域响应和频域响应201
652应力功率谱密度201
653频域疲劳寿命计算202
654应力响应功率谱密度的计算203
655频域方法的局限性204
66裂纹扩展205
67焊缝的疲劳分析207
671名义应力法208
672热点应力法209
673结构应力法 209
674缺口应力法216
68焊点的疲劳分析217
681焊点的一般特性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热疲劳的分析224
691应力-应变关系225
692基于温度－时间参数的蠕变寿命估算方法227
693基于损伤力学的蠕变寿命计算方法229
694Sehitoglu损伤模型231
695发动机结构的疲劳分析232
参考文献235

第7章接触表面的磨损和腐蚀237
71磨损的基本概念237
72黏着磨损238
73磨料磨损238
74疲劳磨损239
741接触应力239
742接触疲劳破坏的应力准则242
743接触疲劳磨损的机理243
744接触疲劳的计算244
745接触疲劳与整体结构疲劳的差别244
75腐蚀磨损245
参考文献246

第8章结构屈曲（稳定性）的基础理论247
81结构屈曲的临界载荷248
811线性屈曲分析248
812临界载荷的非线性分析方法251
813几何不完美结构的临界载荷251
82后屈曲分析252
821非线性屈曲的计算方法252
822后屈曲的结构变形253
823瞬间翻转型屈曲(snapthrough buckling) 253
参考文献257

下篇汽车主要系统的结构耐久性能分析

第9章汽车结构耐久的载荷261
91汽车使用时的载荷261
911汽车正常使用时的载荷261
912汽车结构耐久的设计载荷265
92整车结构设计的路面载荷267
921路面工况的设计载荷267
922准静态设计载荷的类型270
923整车结构设计的典型工况271
924集中质量零部件的准静态设计载荷283
925时域的动态道路载荷284
926基于多体动力学的虚拟试车场287
927关于整车道路载荷的更多说明290
93发动机结构的设计载荷295
931装配载荷295
932机械载荷297
933热载荷308
94汽车发动机悬置的载荷312
941发动机悬置静态经验工况的载荷分解312
942发动机悬置的动态载荷分解313
参考文献313

第10章底盘结构的耐久分析315
101概述315
1011刚度分析315
1012强度分析316
1013疲劳分析317
102悬架类型简介320
1021麦弗逊式前悬架320
1022双横臂式前悬架320
1023扭力梁式后悬架320
1024多连杆后悬架321
103前悬架结构的耐久分析321
1031前转向节的结构耐久分析321
1032下控制臂的结构耐久分析324
1033前副车架的结构耐久分析327
1034上控制臂的结构耐久分析331
1035稳定杆的结构耐久分析332
104后悬架结构的耐久分析332
1041后转向节的结构耐久分析332
1042后副车架的结构耐久分析334
1043后悬架弹簧托臂的结构耐久分析336
1044二力杆控制臂的结构耐久分析337
1045扭力梁的结构耐久分析339
105动力悬置支架的结构耐久分析343

第11章车身本体结构的耐久分析347
111概述347
112车身本体结构的整体刚度348
1121车身弯曲刚度348
1122车身扭转刚度351
1123车身模态353
113车身局部结构的刚度353
1131洞口变形量353
1132前端、后端弯曲刚度 354
114安装点的刚度355
1141车身悬架安装点静刚度355
1142车身座椅安装点的刚度 356
1143车身发动机舱盖安装点刚度357
1144车身车门铰链和门锁安装点的刚度357
1145车身后背门安装点刚度358
1146踏板安装点刚度359
1147其他零部件安装点的刚度360
115准静态工况下白车身结构的静强度361
116车身局部强度362
1161车身减振器座的强度362
1162制动踏板安装点强度364
1163汽车举升点的结构强度365
1164拖钩安装点强度366
1165蓄电池安装点强度368
117车身结构的疲劳分析369
1171综合耐久试验载荷下的车身结构疲劳369
1172制动踏板安装点的疲劳376
118车身覆盖件的抗凹性377

第12章开闭件结构的耐久分析380
121概述380
122发动机舱盖的结构耐久分析381
1221发动机舱盖结构的刚度381
1222发动机舱盖结构的强度和疲劳384
123侧门的结构耐久分析385
1231侧门结构的刚度385
1232侧门结构的强度和疲劳387
124行李舱盖的结构耐久分析390
1241行李舱盖结构的刚度390
1242行李舱盖结构的强度和疲劳391
125后背门的结构耐久分析392
1251后背门结构的刚度392
1252后背门的强度和疲劳393

第13章发动机结构的耐久分析396
131概述396
132缸盖的结构耐久分析398
1321缸盖相关的失效形式398
1322缸盖的高周疲劳分析399
1323缸盖的低周疲劳分析404
1324缸垫的密封性分析405
1325气门和气门座的变形和错位410
133缸体的结构耐久分析414
1331缸体的失效模式414
1332缸体上部的高周疲劳分析417
1333缸体下部的高周疲劳分析417
1334缸体的磨蚀疲劳分析420
1335气缸孔变形421
1336曲轴孔的变形和错位425
134连杆的结构耐久分析428
1341连杆的失效模式428
1342连杆的危险工况430
1343连杆的强度分析431
1344连杆的屈曲分析434