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汽车安全分为主动安全和被动安全。被动安全是研究汽车在发生事故以后对车内外所有的人的保护，属于事后安全。主动安全是研究操纵控制汽车的平稳，属于事前安全，是汽车安全问题的重点。从能量释放角度来说，汽车主动安全问题的重点在于控制能量释放的大小与方向。能量释放的大小主要是汽车运行过程中动能的变化，与速度密切相关；能量释放的方向最直观的反映就是汽车转向器，转向器作为汽车转向系统中的重要部分，是研究汽车主动安全问题的核心，也是论文研究的主要内容。
论文来源于横向项目，以某汽车转向器为研究对象，以有限元分析、性能测试试验以及断口失效分析等为研究方法，以对比分析为原则，研究汽车转向器在设计、制造、使用等全寿命周期内的服役条件、应力状态、疲劳特性、抗冲击性能以及失效模式和失效原因等问题。论文的主要研究内容如下：
1、描述了汽车转向器的特征属性，特别是其力学行为与服役条件。分析的汽车转向器的力学行为主要是研究汽车转向器在(动静)载荷、(高低)温度、(腐蚀)环境等因素共同作用下的变形、损伤、疲劳和断裂的过程与机理。汽车转向器在工作过程中，通过施加在方向盘上一对较小的力偶，控制方向阀，使其内部的液压油回路循环发生改变，产生助力作用，实现力的放大。
2、建立了汽车转向器的有限元模型，分析了其应力应变状态及疲劳寿命属性，判定了汽车转向器的易损部位。动态交变载荷作用下，对汽车转向器的壳体、阀套、壳体侧盖、输入轴、活塞、蜗杆轴、转向摇臂轴、螺钉等进行应力分析，表明汽车转向器在循环交变加载作用下，汽车转向器各组成元件所承受的最大平均应力各不相同，其中转向摇臂轴、活塞以及连接螺栓的应力较其他各组成元件大很多；对转向摇臂轴、壳体等进行有限元疲劳寿命分析，表明汽车转向器转向摇臂轴的疲劳损伤较壳体大，是汽车转向器的不安全部位；冲击载荷作用下，对汽车转向器的壳体、阀套、壳体侧盖、输入轴、活塞、蜗杆轴、转向摇臂轴、螺钉等进行应力应变分析，表明冲击载荷作用下，转向摇臂轴和蜗杆轴的最大平均应力超过了材料的最大抗拉强度，产生的塑性应变最大，是汽车转向器的不安全部位。综上所述，转向器摇臂轴是汽车转向器的最不安全部位，设计、制造、使用过程中都应当引起重视。
3、测试了汽车转向器的力学性能，尤其是其疲劳特性与冲击性能，与有限元分析结果对比分析。对汽车转向器进行疲劳试验和冲击试验。在疲劳试验过程中，固定输入轴，在转向摇臂端施加循环交变载荷，载荷分三个应力水平，总循环周次为40000次，试验完成后汽车转向器上未发现明显的疲劳裂纹，与有限元分析结果吻合；在冲击试验过程中，固定输入轴，在转向摇臂端施加瞬变载荷，并逐步增加荷载直至汽车转向器发生失效，失效载荷大约为73.749KN，发生失效破坏的部位主要集中转向摇臂轴和转向摇臂，与有限元分析结果吻合。通过对汽车转向器的力学性能测试，对汽车转向器的强度、刚度、疲劳寿命与冲击性能有了系统而全面地了解，对汽车转向器的设计、制造具有重要的指导意义。
4、分析了汽车转向器的失效破坏件的失效模式，进行断口分析，推断了汽车转向器的失效原因。针对冲击试验过程中发生的失效现象，总结了各种失效模式：汽车转向器摇臂与转向摇臂轴发生磨损、汽车转向器摇臂上出现裂纹、转向摇臂轴断裂、输入轴折断、连接螺栓出现断裂、球头断裂等。利用失效分析原理，对各种失效模式进行断口分析，发现导致该汽车转向器发生断裂失效的原因大致可分为两类：连接螺栓的断裂与输入轴发生断裂失效的原因是由于冲击载荷作用超过了连接螺栓的极限抗拉强度，即外力大于其抗力；转向摇臂轴与连接球头的断裂是由于该零部件具有的抗力不足，使其发生剪切破坏。追溯失效的根本原因主要与其金属材料属性有密切关系，其次也与其表层残余应力有关。结合断口分析结果，建议使用强度高的材料，同时对汽车转向器进行优化设计，减小应力集中的影响。根据断口分析提出的失效控制措施，对汽车转向器进行了优化设计，并重新进行了几组冲击试验，发生失效断裂的载荷值得到升高，主要集中在79.422KN，较优化设计前的失效载荷所提高，验证失效控制措施的可行性。
研究结果表明：有限元分析结果与性能试验分析结果表明，汽车转向器最易发生失效破坏的部位是转向摇臂轴，在该处所受的应力最大；断口分析为汽车转向器的性能优化提供了失效控制措施，通过改进前后的性能试验对比分析，验证了失效控制措施的可行性；有限元仿真分析可以对研究对象在相应工况条件下的性能参数进行理论分析；而试验分析则从实践中对仿真分析的结果进行验证。二者的结合对实践生产具有重要的指导意义。论文研究了汽车转向器的服役条件、力学性能以及设计、制造、使用过程中的失效过程，对其失效机理有待于从微观角度作进一步研究。