摘 要：某工裝車在可靠性道路試驗中，發現扭力梁多處開裂。本文應用HyperWorks進行扭力梁強度分析，找出了扭力梁開裂的根本原因。通過對扭力梁結構進行優化設計，達到了扭力梁的強度疲勞設計目標。 

關鍵詞：HyperWorks 扭力梁 強度 優化 

1 引言 

      某工裝車在可靠性道路試驗中，發現扭力梁下加強板多處開裂，如圖1所示。扭力梁作為后懸架重要的支撐和性能部件，如果不及時整改，將會嚴重影響整車的可靠性、操縱穩定性、平順性等性能的充分發揮，甚至會產生嚴重的安全隱患問題。所以，必須找出引起扭力梁開裂的根本原因，從源頭上解決該問題以提高產品質量，滿足汽車研發中扭力梁可靠性使用要求。 

      本文通過HyperWorks軟件，建立扭力梁有限元模型進行強度分析，分析結果發現扭力梁開裂處出現極大的應力集中，容易導致疲勞開裂，這與試驗結果十分吻合。通過對扭力梁進行結構優化和強度分析，達到了扭力梁的強度疲勞設計目標。 

2 扭力梁強度分析 

2.1有限元模型 

      根據扭力梁的結構特點，對整個扭力梁和焊縫均采用殼單元在HyperMesh中進行網格劃分，實心扭力桿和橡膠襯套采用六面體單元模擬，有限元模型如圖1所示。

              

2.2 材料屬性 

      為了提高計算結果的精度，計算中考慮了材料非線性和幾何非線性，所以扭力梁使用的各種材料（如B510L、Q235、DC04等等）不僅給出了它的彈性模量和泊松比，還給出了材料發生塑性變形后的應變和應力的關系曲線。 

2.3 強度分析工況和設置 

      懸架系統承受路面沖擊載荷的大小與車輛行駛速度、路面狀況和載重量等因素有關。采用慣性釋放方法，本文主要分析扭力梁在扭轉極限工況下的強度，扭轉極限工況下扭力梁各個接附點的載荷已通過多體動力學軟件計算得到，如表1所示。

          

2.4 分析結果 

      有限元模型經調試無誤后提交計算，使用后處理軟件HyperView查看扭力梁整個結構的變形和應力分布，以及各零部件的應力大小等。扭力梁的整體應力分布如圖2所示，下加強板應力分布如圖3（左）所示。

               

         

      從圖3（左）可以看出，下加強板開裂處出現了明顯的應力集中，最大應力204.7MPa接近材料Q235的屈服強度235MPa，此處易產生疲勞開裂，這與路試出現的開裂結果十分吻合。 

3 扭力梁結構優化設計 

      通過觀察扭力梁的扭轉變形發現，開裂處附近結構剛度較強，而橫梁中間相對較弱，所以剛度過渡落差較大引起了局部的應力集中。鑒于此，優化時主要考慮下加強板的結構以便扭力梁剛度從兩端到中間過渡平緩。下加強板結構優化方案中，一是將長度縮短45mm，二是將開口從圓角上右移到平面上，如圖4所示。

        

      優化結構后的應力計算結果如圖3（右）所示。從圖中可以看出，優化后下加強板在原開裂處的最大應力由204.7MPa降低到108.8MPa，遠遠低于材料Q235的屈服強度，降幅接近47%，優化效果十分有效。 

4 結論 

      本文應用HyperWorks進行了扭力梁強度分析，找出了扭力梁下加強板多處開裂的根本原因。通過結構優化后達到了既能降低應力幅值又能減小尺寸、減輕重量而不增加成本的效果；同時，扭力梁的應力分布更為合理。因此，該優化方案是可行的。 

      綜上所述，CAE分析的目標是在產品研發前期盡可能地發現結構設計中的開裂風險點從而加以避免；在產品研發后期盡可能的再現開裂工程問題的真實物理過程，從而得到與實際相符的分析結果。這樣CAE分析就可以對工程問題的具體技術細節進行指導和幫助，不僅可以提高產品質量，而且可以縮短研發周期，降低研發成本。（轉）