本书重点阐述如何利用多体动力学和有限元法的混合模拟技术进行车辆结构疲劳寿命评估和耐久性分析，对利用多学科优化系统进行结构疲劳分析也有所涉及。具体内容包括：首先，介绍结构疲劳寿命预测的基本理论背景和概念；其次，重点介绍基于多体动力学和有限元法的车辆结构疲劳寿命预测及评估具体方法，内容涵盖车辆动力学分析、有限元法、结构动应力分析和测试技术、疲劳载荷及载荷谱、疲劳寿命预测方法和其他相关有限元疲劳评估技术；最后，结合实际算例从车辆结构动力学特性的角度讨论车辆结构振动特性和结构疲劳寿命之间的机理关系。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 2
1.2 车辆结构疲劳 5
1.3 文献综述 9
1.4 研究对象和范围 11
1.5 本书特色和重点 13
1.6 章节内容安排 14
参考文献 15
第2章 理论背景及寿命预测方法 19
2.1 疲劳设计思想 19
2.1.1 基本概念与寿命估算方法 21
2.1.2 疲劳寿命预测三要素 27
2.1.3 基于多体动力学和有限元法的车辆寿命预测方法 30
2.1.4 WAFO雨流矩阵 33
2.1.5 统计方法的考虑 37
2.2 名义应力法 37
2.2.1 材料与结构部件的应力寿命曲线 39
2.2.2 S-N曲线的局限性 43
2.2.3 平均应力及修正方法 44
2.3 应变-寿命法 47
2.3.1 应变-寿命(*-N)曲线 47
2.3.2 循环加载及迟滞回线 48
2.3.3 平均应力修正及其他修正 49
2.4 临界平面法 52
2.4.1 多轴疲劳的裂纹萌生和扩展 53
2.4.2 多轴疲劳的损伤模型 53
2.4.3 小裂纹模型 54
2.5 焊接结构疲劳问题 54
2.5.1 焊接结构的寿命预测方法 54
2.5.2 焊接结构的裂纹增长 57
2.5.3 焊接结构的疲劳分析 57
2.6 损伤累积法则 58
2.6.1 结合S-N曲线预测疲劳寿命 59
2.6.2 Miner修正 60
2.6.3 雨流循环计数 61
2.6.4 非平均应力的等效变换 63
2.6.5 疲劳寿命的估计精度 64
2.6.6 基于断裂力学的裂纹扩展分析 65
2.7 本章小结 66
参考文献 66
第3章 车辆多体动力学建模和仿真 70
3.1 基本理论及工程背景 72
3.1.1 概述 73
3.1.2 多体动力学基本理论 77
3.1.3 车辆动力学系统的一般算法 80
3.2 车辆多体动力学建模与仿真 81
3.2.1 轨道激励谱与时频转换方法 83
3.2.2 动力学仿真算例 92
3.3 柔性多体动力学仿真 103
3.3.1 建模假设 103
3.3.2 子结构算法 104
3.3.3 弹性体的实现 105
3.4 本章小结 109
参考文献 109
第4章 疲劳寿命预测和耐久性设计中的有限元分析 111
4.1 概述 111
4.2 有限元法的基本原则 113
4.2.1 建模基本原则 115
4.2.2 模型简化方法 115
4.2.3 附件质量模拟 116
4.3 有限元分析在车辆结构疲劳的作用 117
4.4 结构模态分析 120
4.5 子结构分析 122
4.6 有限元建模中的细节 124
4.6.1 建模细节与注意 125
4.6.2 节点应力与单元应力 127
4.6.3 绝对最大主应力和Von Mises应力 128
4.6.4 单元类型的选择及网格划分 130
4.6.5 边界条件的加载及数据处理 131
4.6.6 疲劳分析中有限元分析及前后处理 133
4.7 简单算例 136
4.8 小结 137
参考文献 138
第5章 结构动应力的计算分析与试验验证 140
5.1 结构疲劳分析过程中的动应力计算 140
5.1.1 载荷时间历程 141
5.1.2 结构寿命评估中的应力分析 143
5.1.3 基于多体-有限元法的动应力计算 149
5.1.4 结构动应力计算的算例 151
5.2 结构动应力试验的结果分析与验证 154
5.2.1 动应力测试方案 154
5.2.2 某型机车车体结构动应力实测 155
5.2.3 某型动车在京津城际线路动应力测试 173
5.3 小结 180
参考文献 181
第6章 疲劳载荷及载荷谱分析技术 183
6.1 疲劳载荷分析考虑的因素 184
6.1.1 疲劳载荷的基本概念 187
6.1.2 不规则载荷和循环计数 188
6.1.3 非平均应力的等效变换 189
6.2 载荷谱 189
6.2.1 载荷谱定义和形成 189
6.2.2 载荷工况及典型载荷谱 194
6.2.3 载荷谱的数据采集及处理技术 196
6.3 载荷谱的统计分析与外推处理及载荷谱叠加 199
6.3.1 载荷谱样本的统计分析 199
6.3.2 载荷谱压缩、外推、叠加与重构 199
6.4 载荷谱数据的其他处理 202
6.4.1 载荷谱样本的雨流计数 202
6.4.2 载荷谱编谱及小载荷循环处理 203
6.5 小结 205
参考文献 205
第7章 结构疲劳寿命预测及工程应用实例 209
7.1 完整的车辆结构疲劳寿命评估技术 210
7.1.1 车辆结构疲劳寿命预测过程 211
7.1.2 疲劳寿命预测的时域和频域方法 217
7.1.3 疲劳寿命预测及精度影响 220
7.1.4 疲劳分析结果的后处理 221
7.2 结构疲劳分析及寿命预测算例 221
7.2.1 算例1某型机车车体结构 222
7.2.2 算例2某型动车组车体结构 230
7.3 本章小结 236
参考文献 237
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