一种拖钩强度台架试验等效载荷确定方法与流程

1.本发明涉及计算机辅助设计技术领域，具体涉及拖钩强度台架试验等效载荷确定方法。


背景技术：

2.乘用车牵引装置是固定或安装在汽车上，通过使用如拖绳、拖缆或拖杆等装置进行连接，从而实现车辆牵引或被牵引的部件，是汽车车身结构的重要组成部分。作为车辆在遭遇困境或损坏后借助外力离开的关键零部件，需要拖钩本体及车身安装区域零部件均具有足够的强度，以保证用户在拖钩使用过程中的安全。因此，在拖钩设计过程中，需要对拖钩及安装区域进行仿真模拟分析，反复优化设计后并进行试验校核，最终得到满足设计要求的汽车拖钩结构。
3.然而，现有对汽车拖钩的强度分析时，尤其是汽车拖钩实际使用工况下被拖拽启动瞬间所受载荷，与汽车拖钩在试验室台架上缓慢加载所受准静态载荷等效关系存在疑问，无法保证拖钩在设计过程中强度校核准确性，存在一定安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种拖钩强度台架试验等效载荷确定方法，其能够快速确定用于拖钩强度台架试验加载的等效载荷，更好地模拟用户实际使用工况下汽车被直拉拖拽启动状态，提高台架试验结果的准确性。
5.本发明所述的拖钩强度台架试验等效载荷确定方法，其包括如下步骤：
6.步骤一，采用拖钩连接前车和后车，在坡道公路上由前车通过拖钩拖拽后车，采集后车拖钩力、前车车速和后车车速；
7.步骤二，对采集的数据进行处理，得到后车拖钩力-时间曲线、前车车速-时间曲线、后车车速-时间曲线以及后车车身系统变形力-时间曲线；
8.步骤三，依据后车的白车身及拖钩几何数据建立拖钩强度分析有限元模型，对拖钩强度分析有限元模型加载步骤二得到的后车车身系统变形力-时间曲线，求得后车车身系统变形力达到峰值时，拖钩与后车连接端部的第一应变ε
瞬态
；
9.步骤四，对建立的拖钩强度分析有限元模型加载预设准静态固定值载荷，得到所述准静态固定值载荷下拖钩与后车连接端部的第二应变ε
静态
，当所述ε
静态
与ε
瞬态
相等时，产生所述ε
静态
的准静态载荷，即为拖钩强度台架试验等效载荷。
10.进一步，所述步骤二中后车车身系统变形力的计算公式为：i
变形
＝f
合-f
惯性
，
11.f
合
＝f
测试
+f
滚动
+f
重力分量
，f
重力分量
＝m
试验
×g×
sinβ，f
滚动
＝m
试验
×g×
μ，
12.f
惯性
＝m
试验
×
a，a＝(v
max-v0)/t，
13.其中，i
变形
为后车车身系统变形力，单位为n；f
合
为后车所受合外力，单位n；f
测试
为后车拖钩力，单位为n；f
滚动
为后车滚动摩擦力，单位为n；f
重力分量
为后车重力分量，单位n；f
惯性
为后车惯性力，单位为n；m
试验
为后车试验状态重量，单位为kg；β为坡道公路上升角度，单位为
度；μ为公路摩擦系数；a为后车加速度，单位为m/s2；t为所述试验中后车加速时间，单位为s；v
max
为后车拖钩处测得瞬态力达到峰值时对应的车速，单位为m/s；v0为后车初始车速，单位为m/s；g为重力常数。
14.进一步，所述步骤三将后车的白车身及拖钩几何数据导入cae分析有限元前处理软件中建立拖钩强度分析有限元模型，所述拖钩强度分析有限元模型包括后车白车身局部截断模型和拖钩本体模型，约束后车白车身局部截断模型的自由度。
15.进一步，所述cae分析有限元前处理软件为hypermesh。
16.进一步，所述步骤三中对拖钩强度分析有限元模型加载步骤二得到的后车车身系统变形力-时间曲线，采用cae分析有限元软件abaqus显示非线性动态分析模块求解，求得后车车身系统变形力达到峰值时，拖钩与后车连接端部的第一应变ε
瞬态
。
17.进一步，所述步骤四中预设准静态固定值载荷大于后车车身系统变形力的峰值，采用cae分析软件abaqus隐示非线性准静态分析模块求解，用以模拟试台架试验中试验车辆被直拉拖拽缓慢加载至预设准静态固定值载荷，得到所述准静态固定值载荷下拖钩与后车连接端部的第二应变ε
静态
；
18.查看拖钩强度分析有限元模型的隐示非线性准静态分析方法中每步时间增量下第二应变ε
静态
，当所述ε
静态
与ε
瞬态
相等时，所述隐示非线性准静态分析方法中该时间增量步对应的准静态载荷即为拖钩强度台架试验等效载荷。
19.本发明先对拖钩强度分析有限元模型加载后车车身系统变形力-时间曲线，求得后车车身系统变形力达到峰值时，拖钩与后车连接端部的第一应变ε
瞬态
；然后对拖钩强度分析有限元模型加载预设准静态固定值载荷，得到所述准静态固定值载荷下拖钩与后车连接端部的第二应变ε
静态
，当所述ε
静态
与ε
瞬态
相等时，产生所述ε
静态
的准静态载荷，即为拖钩强度台架试验等效载荷，快速确定了用于拖钩强度台架试验加载的等效载荷，更好地模拟用户实际使用工况下汽车被直拉拖拽启动状态，保证了拖钩强度台架试验的加载载荷符合用户的实际使用标准，提高台架试验结果的准确性，提高了产品的整体安全系数。
附图说明
20.图1是本发明所述拖钩强度台架试验等效载荷确定方法的流程图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作详细说明。
22.参见图1，所示的拖钩强度台架试验等效载荷确定方法，其包括如下步骤：
23.步骤一，采集拖过实际使用过程中的相关信息，即采用拖钩连接前车和后车，在坡道公路上由前车通过拖钩拖拽后车，采集后车拖钩力、前车车速和后车车速。
24.步骤二，对采集的数据进行处理，得到后车拖钩力-时间曲线、前车车速-时间曲线、后车车速-时间曲线以及后车车身系统变形力-时间曲线。
25.所述后车车身系统变形力的计算公式为：i
变形
＝f
合-f
惯性
。
26.f
合
＝f
测试
+f
滚动
+f
重力分量
，f
重力分量
＝m
试验
×g×
sinβ，f
滚动
＝m
试验
×g×
μ。
27.f
惯性
＝m
试验
×
a，a＝(v
max-v0)/t。
28.其中，i
变形
为后车车身系统变形力，单位为n；f
合
为后车所受合外力，单位n；f
测试
为后
车拖钩力，单位为n；f
滚动
为后车滚动摩擦力，单位为n；f
重力分量
为后车重力分量，单位n；f
惯性
为后车惯性力，单位为n；m
试验
为后车试验状态重量，单位为kg；β为坡道公路上升角度，单位为度；μ为公路摩擦系数；a为后车加速度，单位为m/s2；t为所述试验中后车加速时间，单位为s；v
max
为后车拖钩处测得瞬态力达到峰值时对应的车速，单位为m/s；v0为后车初始车速，单位为m/s；g为重力常数，其值取9.81。
29.步骤三，依据后车的白车身及拖钩几何数据建立拖钩强度分析有限元模型，将后车的白车身及拖钩几何数据导入cae分析有限元前处理软件中建立拖钩强度分析有限元模型，所述cae分析有限元前处理软件为hypermesh，所述拖钩强度分析有限元模型包括后车白车身局部截断模型和拖钩本体模型，约束后车白车身局部截断模型的自由度dof123。
30.对拖钩强度分析有限元模型加载步骤二得到的后车车身系统变形力-时间曲线，采用cae分析有限元软件abaqus显示非线性动态分析模块求解，求得后车车身系统变形力达到峰值时，拖钩与后车连接端部的第一应变ε
瞬态
。
31.步骤四，对建立的拖钩强度分析有限元模型加载预设准静态固定值载荷，所述预设准静态固定值载荷大于后车车身系统变形力的峰值，采用cae分析软件abaqus隐示非线性准静态分析模块求解，用以模拟试台架试验中试验车辆被直拉拖拽缓慢加载至预设准静态固定值载荷，得到所述准静态固定值载荷下拖钩与后车连接端部的第二应变ε
静态
；
32.查看拖钩强度分析有限元模型的隐示非线性准静态分析方法中每步时间增量下第二应变ε
静态
，当所述ε
静态
与ε
瞬态
相等时，所述隐示非线性准静态分析方法中该时间增量步对应的准静态载荷即为拖钩强度台架试验等效载荷。
33.该确定方法能够快速确定用于拖钩强度台架试验加载的等效载荷，更好地模拟用户实际使用工况下汽车被直拉拖拽启动状态，保证了拖钩强度台架试验的加载载荷符合用户的实际使用标准，提高台架试验结果的准确性，提高了产品的整体安全系数。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。