《Vehicles》：Fatigue Analysis of Commercial-Vehicle Lateral Stabilizer Bar Based on Load Decomposition Method
编辑推荐：
作为抑制驾驶室侧倾的核心部件，横向稳定杆在车辆运行过程中承受持续的复杂交变载荷，极易发生疲劳失效，可能引发严重交通事故。因此，横向稳定杆的疲劳分析具有重要意义。为解决传统直接载荷测试传感器布置困难、测试周期长等缺点，研究人员提出了一种结合多体动力学（Multi
作为抑制驾驶室侧倾的核心部件，横向稳定杆在车辆运行过程中承受持续的复杂交变载荷，极易发生疲劳失效，可能引发严重交通事故。因此，横向稳定杆的疲劳分析具有重要意义。为解决传统直接载荷测试传感器布置困难、测试周期长等缺点，研究人员提出了一种结合多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）与虚拟迭代（Virtual Iteration, VI）的疲劳载荷分解与寿命评估方法。首先，通过实车道路试验获取车架目标信号谱，并利用关键悬架参数建立高精度系统动力学模型。随后，采用虚拟迭代技术准确反求横向稳定杆关键点的载荷谱。最后，通过模态试验验证横向稳定杆的有限元模型（Finite Element Model, FEM），并利用材料S-N曲线预测横向稳定杆的疲劳寿命与薄弱区域。与传统物理测试方法相比，所提方法有效避免了复杂工况下直接测试的障碍，不仅大幅降低了测试难度和时间成本，而且保证了载荷提取与系统分析的准确性。
**论文解读**
商用车驾驶室悬架系统中的横向稳定杆是抑制驾驶室侧倾、提升操纵稳定性的核心部件。在复杂道路和高负荷工况下，横向稳定杆承受连续交变应力，极易发生疲劳失效，可能导致严重安全事故。传统疲劳分析方法依赖实车道路试验或台架试验，但前者周期长、成本高，后者需定制夹具且可重复性差。近年来，有限元分析与多体动力学结合的数值方法成为耐久性设计的重要途径，然而横向稳定杆连接点载荷难以直接测量，制约了其疲劳分析。为此，研究人员在论文《Vehicles》中提出了一种基于载荷分解方法的疲劳寿命预测与验证流程，将实车测试、虚拟迭代和有限元分析相结合，旨在解决工程瓶颈并缩短研发周期。
研究人员开展的主要研究包括：通过实车道路试验获取加速度信号（测试场地为襄阳达安试车场混合耐久性路面，总里程7587 km）；基于实测几何、质量、刚度及阻尼参数建立刚柔耦合多体动力学模型；采用虚拟迭代技术将加速度目标信号转化为等效位移激励，反求横向稳定杆连接点载荷谱；通过模态试验验证有限元模型，利用惯性释放法获得单位静载应力分布，最终基于Miner线性累积损伤理论和材料S-N曲线完成疲劳寿命预测。
**研究结果**：
2. **道路谱数据采集试验**：采用SIEMENS LMS SCADAS Mobile系统和LMS.Test.Lab软件（18.0）采集8个加速度传感器（24通道）在X、Y、Z方向的信号。经3σ准则剔除异常值后，对低于40 Hz的频率成分进行重采样和滤波，得到有效目标信号。
3. **MBD模型建立**：通过实测获取驾驶室质心坐标、质量、转动惯量及弹性元件的刚度阻尼参数，计算弹簧预载（前悬575.4 kg，后悬480.6 kg）。基于Craig-Bampton模态综合法建立车架和横向稳定杆的柔性体（提取前32阶模态，第一阶扭转模态12.23 Hz），并构建刚柔耦合多体动力学模型，经Adams软件验证无冗余约束。
4. **虚拟迭代与载荷分解**：利用虚拟迭代模块（Femfat-Lab 4.0）将实测加速度作为目标信号，在车架7个位置（Z1-Z4、Y5-Y6、X7）计算等效位移驱动谱。迭代10次后，左右前后悬架的相对损伤值收敛至1附近（时间域、频率域吻合良好）。将该驱动谱输入刚柔耦合模型，获取横向稳定杆各连接点六分量载荷谱（三方向力与力矩）。
5. **模态测试**：对横向稳定杆（材料35CrMo）进行自由模态有限元分析（HyperMesh 2019，C3D8R单元，78919单元，98880节点）与锤击模态试验（37个激励点）。前六阶非刚体模态中，1-2阶（第一阶弯曲，163.72 Hz）、3-4阶（第二阶弯曲，461.5 Hz左右）、5-6阶（第三阶弯曲，907.4 Hz左右）均为重根模态，仿真与试验频率误差小于2%，验证了有限元模型的精度。
6. **疲劳分析**：采用惯性释放法对横向稳定杆两端各6个单位载荷（12种工况）进行静力分析，获取名义应力谱。基于35CrMo材料S-N曲线（Fe-safe 2021软件），应用Brown-Miller多轴疲劳准则（结合Morrow平均应力修正）和Miner线性累积损伤理论，在完整试车场耐久路面载荷谱激励下进行寿命预测。结果表明，横向稳定杆最危险区域位于两端与衬套连接处（受弯扭组合应力），最小疲劳寿命为1974次循环，高于企业要求的1500次验证阈值，满足耐久性设计需求。
**总结与结论**：
研究人员所提方法有效解决了横向稳定杆连接点载荷难以直接测量的工程难题，建立了完整的商用车悬架部件疲劳寿命预测与验证流程。研究结论如下：
（1）通过关键实测参数建立了高精度刚柔耦合多体动力学模型，结合虚拟迭代成功将加速度信号转换为等效位移驱动，准确提取了横向稳定杆两端连接点载荷谱，攻克了复杂连接位置载荷获取的工程瓶颈。
（2）构建了经模态试验充分验证的横向稳定杆有限元模型，采用惯性释放法进行单位静载分析，精确获取了应力分布与结构响应，为高保真疲劳损伤计算提供了坚实的力学基础。
（3）基于Miner线性累积损伤理论与反求载荷谱，预测了目标部件在典型试车场路面及规定里程下的疲劳寿命，结果表明横向稳定杆满足疲劳耐久性设计要求。该流程具有良好的通用性，可推广至其他汽车部件的耐久性评估，有效缩短产品开发周期，并为后续台架试验提供理论依据与数据支持。
（4）本研究主要基于标准试验道路和常规材料开展，可能未完全覆盖商用车极端运营工况，存在一定局限性。
