汽車結構的耐久性理論與實踐

《汽車結構的耐久性理論與實踐》是2020年機械工業出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：汽車結構的耐久性理論與實踐
• 出版時間：2020年7月1日
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111646679

內容簡介

《汽車結構的耐久性 理論與實踐》全面系統地介紹了現代汽車設計中汽車結構耐久性能的設計要求、相關分析的基礎理論和方法,以及汽車主要系統的結構耐久分析。本書分為兩部分。第1章至第8章為上篇，主要介紹汽車結構耐久性能的主要失效問題、相關問題的力學理論和分析方法。第1章概述汽車結構耐久的各種失效和主要設計要求。第2章討論金屬材料和結構的力學性能。第3章討論汽車結構耐久仿真分析的多體動力學方法和有限元方法。第4章和第5章分別講述汽車結構疲勞分析所需要的長期載荷下結構位移和應力的計算方法，著重介紹應力的模態分析理論。第6章敘述各種汽車結構相關的疲勞分析方法，包括汽車金屬構件、焊點、焊縫、熱疲勞的分析方法。第7章介紹金屬零件接觸表面的磨損，著重介紹零件表面接觸應力計算和接觸疲勞分析的方法。第8章講述結構屈曲（穩定性）的基礎理論。第9章至第15章為下篇，介紹汽車主要系統的結構耐久分析，包括汽車結構耐久的主要載荷的計算、底盤、車身、發動機和傳動系統的結構耐久分析以及試驗驗證。

讀者可以通過本書，全面了解當前汽車結構耐久設計與分析的主要內容、相關的基礎理論，以及汽車主要系統的結構耐久分析方法，了解汽車結構耐久的主要失效問題和機理，以及相應的分析方法，並能在汽車結構的實際設計中加以套用。

《汽車結構的耐久性 理論與實踐》適合整車企業、汽車零部件企業、第三方檢驗機構的工程人員和高校汽車專業師生閱讀參考。

圖書目錄

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本書範疇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汽車在靜態下的結構耐久要求15

1.3.3汽車在運輸狀態下的結構耐久要求16

1.3.4汽車在行駛狀態下的結構耐久要求16

1.3.5汽車在維修狀態下的結構耐久要求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無缺陷材料的靜態力學性能22

2.2.1常溫下材料單向靜態拉伸時的力學行為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拉伸時的力學性能27

2.2.5多向複合應力狀態下的材料強度理論27

2.3有缺陷材料的靜態力學性能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複合型裂紋問題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多體系統動力學43

3.1.1多體系統43

3.1.2汽車多體動力學模型46

3.1.3多剛體系統動力學方程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結構的靜態位移99

4.2結構的動態位移100

4.2.1直接積分法100

4.2.2模態分析法100

4.3結構對支座運動的回響105

4.3.1結構對單一支座同向平動運動的回響107

4.3.2結構對單一支座多向運動的回響108

4.3.3結構對多支座運動的回響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靜態應力的計算113

5.2.1直接計算法114

5.2.2靜態模態應力疊加法115

5.3準靜態應力的計算（慣性釋放分析法）123

5.4動態應力的計算（應力模態分析理論）125

5.4.1模態應力126

5.4.2強迫振動的瞬態應力回響解 130

5.4.3應力頻率回響函式133

5.4.4共振時的應力134

5.4.5振動系統位移和應力回響的比較140

5.4.6模態截斷的影響141

5.4.7模態截斷後的剩餘模態143

5.4.8動力學回響計算中的靜態回響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-應變關係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不規則應力下的應力循環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-壽命法的實際套用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時域回響和頻域回響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應力回響功率譜密度的計算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-應變關係225

6.9.2基於溫度－時間參數的蠕變壽命估算方法227

6.9.3基於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後屈曲分析252

8.2.1非線性屈曲的計算方法252

8.2.2後屈曲的結構變形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設計載荷283

9.2.5時域的動態道路載荷284

9.2.6基於多體動力學的虛擬試車場287

9.2.7關於整車道路載荷的更多說明290

9.3發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汽車發動機懸置的載荷312

9.4.1發動機懸置靜態經驗工況的載荷分解312

9.4.2發動機懸置的動態載荷分解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扭力梁式後懸架320

10.2.4多連桿後懸架321

10.3前懸架結構的耐久分析321

10.3.1前轉向節的結構耐久分析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穩定桿的結構耐久分析332

10.4後懸架結構的耐久分析332

10.4.1後轉向節的結構耐久分析332

10.4.2後副車架的結構耐久分析334

10.4.3後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、後端彎曲剛度 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車身後背門安裝點剛度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發動機艙蓋的結構耐久分析381

12.2.1發動機艙蓋結構的剛度381

12.2.2發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後背門的結構耐久分析392

12.5.1後背門結構的剛度392

12.5.2後背門的強度和疲勞393

第13章發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

13.5曲軸的結構耐久分析435

13.5.1曲軸的失效模式435

13.5.2曲軸的高周疲勞分析435

13.5.3主軸瓦潤滑分析440

13.6排氣系統的結構耐久分析441

13.6.1排氣系統的失效模式441

13.6.2排氣系統的熱疲勞分析443

13.6.3排氣系統的密封分析445

13.7支架的結構分析446

13.7.1支架的失效形式446

13.7.2支架的模態分析447

13.7.3支架的高周疲勞分析448

參考文獻449

第14章傳動系統的結構耐久分析450

14.1概述450

14.2齒軸系統的結構耐久分析451

14.2.1軸的撓度變形分析454

14.2.2變速器齒輪的彎曲和接觸疲勞分析456

14.3差速器結構的耐久分析458

14.4變速器殼體結構的耐久分析461

14.5軸承的接觸疲勞分析464

14.6撥叉的結構耐久分析466

14.7駐車系統的結構耐久分析467

14.8傳動軸的結構耐久設計469

參考文獻471

第15章汽車耐久性能的試驗驗證472

15.1汽車綜合耐久試驗472

15.1.1汽車綜合耐久試驗場473

15.1.2汽車綜合耐久行駛試驗474

15.1.3用戶關聯和綜合耐久試驗規範477

15.1.4試驗場之間的當量關係488

15.2試驗室台架試驗495

15.2.1整車道路室內模擬試驗496

15.2.2底盤總成及零部件的耐久試驗497

15.2.3車身系統的台架耐久試驗498

15.2.4發動機系統的台架耐久試驗499