汽车车桥的失效机理与可靠性分析

摘 要：产品的可靠性对于企业的发展至关重要。汽车车桥作为汽车的一个重要组成部分，对于汽车的整体质量以及安全性有难以估计的影响。本文在分析汽车车桥失效机理的基础上，对汽车车桥结构的可靠性进行分析，希望能够味汽车可靠性的研究提供有益借鉴。

关键词：汽车车桥；失效机理；可靠性

从当前形势来看，随着科技的不断进步，消费者对产品的质量提出更高的要求，可靠性开始成为产品设计过程中一个备受关注的因素。在中国的汽车企业中，企业的管理者已经充分认识到了产品的可靠性对推动企业发展的重要作用。汽车的设计者在设计汽车的过程中，已经将汽车的可靠性视为衡量汽车整体质量的核心指标。从汽车的结构上看，车桥是汽车构造的关键部件，整车的安全性极大地依赖于车桥的强度。

一、汽车车桥的失效机理

总体来说，机械结构的可靠性主要有两点要求：第一，这种可靠性设计能够满足机械整体的设计要求；第二，机械结构的可靠性具有一定的稳定性，不会因外界因素的改变而改变。然而，从实际情况来看，机械结构的可靠性受到诸多因素的影响，常常因为外在因素的改变而发生较大变化。机械结构的可靠性常常受到这些因素的不同影响，发生质或量的改变。当前，出于提高效益、降低成本的考虑，有必要对不同因素对机械结构可靠性影响的性质以和具体程度进行深入系统的探究，对机械结构的可靠性灵敏度进行客观、精准地测量。

国外的一些汽车品牌历经了上百年的发展，已经具备了相当的可靠性。与之相比，当前国内汽车产品的可靠性一时间还无法让人信服。目前，在全球化的大背景下，中国的汽车产品理应向国外看齐，不断学习，吸收国外宝贵经验，争取早日达到世界先进水平。要实现这一目标就要围绕机械结构的设计，不断提高汽车产品的可靠性。事实上，能够对汽车产品的可靠性产生影响的有很多元素，其中最为关键的一个就是汽车产品的设计。而从汽车的结构上看，车桥是汽车构造的关键部件，整车的安全性极大地依赖于车桥的强度。目前，已经有不少汽车产品企业对汽车产品开展了结构可靠性灵敏度的分析与研究，其研究的重点在分析模型中不同变量在发生改变的情况下对失效概率的影响，发现其中存在的规律。如果汽车零部件失效和某一某参数之间存在着较大的关联，那么汽车产品的设计者在进行设计时就要对该参数严格把关，尽量使诱导其发生变化的因素降到最低，确保汽车零部件具备强大的可靠性。在另外一种情况下，如果汽车零部件失效和某一某参数之间的关联性较低，那么汽车产品的设计者在进行可靠性设计时，就可将其视为确定量值。这样，随机变量的数量得到了极大的降低，设计者可以将设计的重点放在那些已获知的随机变量上。鉴于这种可靠性分析起来十分复杂，非人力可以完成，因此分析过程常常借助相关分析软件来完成，不仅提高了分析的效率，而且使分析结果更加客观。

二、车桥的结构可靠性分析

（一）NESSUS 软件

NESSUS 软件的分析对象是机械系统及其零件在某一参数下的发生概率。该软件依托于通用数字分析方法和当前最先进的概率算法，对工程系统的可靠性进行分析与计算。其优点主要体现在以下几个方面：第一，它能够对材料特性和初始条件等进行模拟，策略边界条件的随机性；第二，它能够为机械产品的设计者提供强大、稳定的建模，并且依托可视化界面对数以万计的工程问题进行测算；第三，该软件采用了当前该领域最新、最先进的概率计算方法，能够解决一切工程应用问题，如结构可靠性计算等。

（二）NESSUS 的概率分析方法

当前，NESSUS一共采用了16种概率计算方法，如组合法和抽样法等，这些计算方法又可以被分为三类。这些算法依托较多的随机变量分布函数，能够对工程系统的可靠性和概率响应进行深度系统的分析。这样，根据分析结果，机械和工程的设计者能够对各参数产生误差的情况进行有效把控，降低各参数发生误差的可能性，从材料的选取到具体产品的制造过程入手，努力提高机械和工程的可靠性，实现优化设计的终极目标。事实上，当前使用最多的方法就是近似算法，该种算法在FPI，即快速概率积分的理论框架下设计而成，极大地提高了计算的效率。

三、汽车车桥的可靠性分析

（一）后桥结构的可靠性分析

该后桥的输入的参数为弹簧座满轴载荷 PMAX，弹性模量EX，泊松比PRXY，材料密度DEN，材料的屈服强度YIES。根据应力-强度干涉模型，输入极限状态方程：

Z = YIES/SMAX-1 （1）

SMAX = FE（PMAX， EX， PRXY， DENSITY） （2）

因为这一方法方程为线性，且多数随机变量都呈正态分布，因此在NESSUS中的分析方法页中首选MV这一方法，与此同时将信度设为95%，继而定义NESSUS 的概率分析参数，并按照选定的概率计算方法求出结构运算点，对最终的结果进行整理和统计。使用一次可靠性方法（FORM）和二次可靠性方法（SORM）以及改进均值法（AMV）三种方法进行验证。

（二）前桥结构的可靠性分析

要想计算前桥的可靠性就应该针对前桥的不同工况进行相应的可靠性分析，继而按照其灵敏度的计算结果，全面衡量前桥的可靠性，了解前桥可靠性对个体变量的依赖程度。为了确保机械产品和工程的安全性，在机械承担外部加载的条件下，设计者应该使屈服极限而导致的失效概率低于前桥的最大主应力。一旦前者高于后者，机械产品或工程就会因为系统失效问题而引发安全事故。输入极限状态方程：

Z = YIES-SMAX （3）

SMAX = ANSYS（ZMAX， EX， PRXY， DEN） （4）

因为这一方法方程为线性，且多数随机变量都呈正态分布，因此在NESSUS中的分析方法页中应首选MV这一方法，与此同时将信度设为95%。虽然当前MV方法已经十分客观，但是仍然不排除具有计算误差的可能性，因此应合理使用其他方法对计算结果进行验算，以确保计算结果的可靠性。

结语

汽车车桥的可靠性关系到汽车的整体质量及安全性。本文在分析汽车车桥失效机理的基础上，运用NESSUS 软件从后桥和前桥两方面对汽车车桥的可靠性进行分析研究。希望能够为其他从业人员的研究提供一些思路。

参考文献：

[1]姜武华，王其东.基于可靠性的车桥结构多学科优化[J].汽车工程，2012（12）.

[2]陈喆，王伟.汽车车桥结构有限元分析[J].机械，2012（12）.

作者简介：彭显尚，1991年10月；男；汉；湖南省长沙市；本科；研究方向：机械设计制造及其自动化（机电一体化）。