扭转梁作为汽车关键零部件之一,它承载着车身的大部分重量,扭转梁的疲劳寿命影响着乘客乘坐安全性。目前,学者们大多采用瞬态疲劳分析法和振动疲劳分析法对扭转梁寿命进行研究,但存在研究过程繁琐、计算周期长以及对计算机软、硬件设备要求高等问题。针对以上问题,本文以扭转梁为研究对象,结合疲劳损伤理论对扭转梁寿命进行研究,主要研究内容如下:(1)扭转梁有限元模型的建立。在对扭转梁工作原理和结构充分了解的情况下,采用ANSYS Workbench中自带的Geometry模块建立了扭转梁的三维模型;根据扭转梁的结构特点,简化了对扭转梁力学性能影响不大的局部特征;采用绑定连接模拟扭转梁焊缝,严格按照网格划分标准对扭转梁进行网格划分,建立了扭转梁有限元模型;求出了扭转梁的剪切中心,为以后相关参数改进提供了依据。(2)扭转梁静动态特性研究。分别建立扭转梁典型满载弯曲工况和扭转工况的工况条件,对扭转梁工况进行仿真试验,得到扭转梁的应力和位移云图,通过与评价数值对比知,扭转梁的强度和刚度满足要求;对扭转梁进行模态分析,确定了扭转梁前6阶固有频率和振型,通过与外部激励频率进行对比知,扭转梁在第1阶固有频率下不会发生共振;在模态分析的基础上进行了谐响应分析,得到对扭转梁损伤最大的频率在模态分析第2、3阶固有频率附近。(3)扭转梁的疲劳寿命预测。将扭转梁满载弯曲工况和扭转工况有限元分析结果传递给nCode DesignLife疲劳分析软件,根据扭转梁台架疲劳试验标准定义了疲劳加载曲线;根据扭转梁的疲劳类型选择名义应力法,结合Miner线性疲劳损伤理论和材料疲劳特性,对扭转梁两种典型工况进行寿命预测,得到了扭转梁的疲劳寿命和疲劳危险位置。结果表明:扭转工况下疲劳寿命符合使用要求,但弯曲工况下扭转梁疲劳寿命为29.02万次略小于试验评价标准30万次的要求,危险位置在纵臂和衬管连接附近。(4)扭转梁尺寸优化。以扭转梁各部件的厚度为优化变量,以扭转梁最大等效应力,最大变形和质量为优化目标,采用响应面法建立优化模型,以复相关系数R~2,平均相对误差RAAE和均方根差RMSE为评价指标,验证了近似模型的准确性,在此模型基础上进行了多目标优化。对优化后的结果进行检验知优化值与仿真值误差在5%以内,符合工程误差要求,说明优化结果准确。优化结果显示,虽然质量增加了1.02%,但最大等效应力降低了10.1%,最大变形减少了15.9%,扭转梁的强度和刚度得到了显著提高。(5)扭转梁拓扑优化。分别对扭转梁的弯曲工况和扭转工况进行拓扑优化,通过拓扑优化云图对比知,扭转梁横梁位置存在优化空间。在横梁位置设置三种方案减重孔,以减重孔孔型尺寸和布局尺寸为变量,以扭转梁质量为优化目标兼顾扭转梁的最大等效应力和最大变形量进行优化设计,最终确定椭圆形布局方案为最优结果。通过优化后和原始模型结果对比知,优化后的扭转梁整体寿命提高了40.6%,质量减少了1.11%,优化效果显著。本文采用准静态疲劳分析法,通过仿真试验快速、高效的计算出了扭转梁的疲劳寿命,并确定了扭转梁的危险部位位置;采用尺寸优化和拓扑优化对扭转梁进行了优化设计。优化结果显示,优化后的扭转梁抗疲劳能力得到了显著提高。