行業分享丨SimSolid 在汽車零部件開發中應用的可行性調研及實踐

技術鄰公告

2025年12月27日 21:02

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*本文投稿自汽車行業用戶范會超

1 工程背景

在全球化與國內消費升級雙重推動下，中國汽車出口持續增長，其中歐美市場占比超30%，而該區域80%以上的家庭用戶對車輛拖拽功能有明確需求；與此同時，國內房車保有量也連續增長，拖拽房車出行的場景快速普及，這使得拖拽連接裝置的設計需求更迫切、性能要求更嚴苛。

此外，拖拽裝置需通過嚴苛的認證試驗，強度性能需承受車輛滿載重量 1.5倍的拉力測試，疲勞性能需完成200萬次循環加載試驗。因此，如何快速高效設計出符合上述標準的拖拽裝置，成為主機廠面臨的新挑戰。

2 拖拽裝置介紹

汽車拖拽裝置一般通過螺栓安裝在牽引車尾部縱梁上，通過球型耦合裝置拖拽中置軸類拖車，如下圖1所示。典型的拖拽結構一般由型鋼及鋼板焊接而成，中間位置設計了安裝球型拖鉤的方管結構，兩端是固定到車輛上的安裝板，如圖2所示。由于不同車輛拖拽能力及尾部造型差異，導致拖拽結構的具體設計靈活多變，各不相同，因此，需要一種高效的性能分析工具，支持工程師完成拖拽設計，滿足車輛的總體要求。

3 解決方案

Aitair SimSolid 是款專門為快速的設計流程開發的結構分析軟件。它消除了幾何體簡化和網格化，實現自動裝配體的連接，包括焊點、焊縫、螺栓連接以及多種虛擬連接，如襯套、銷等，大大縮短了結構的分析周期。支持強度、模態、疲勞、熱分析，因此，采用 SimSolid 開展拖拽裝置設計分析，高效且結果可靠，幫助工程師快速實現方案迭代和決策。

4 主要內容

4.1 模型設置

①模型結構：本案例的拖拽結構設計如圖3所示，材料QSTE550選擇，許用設計強度550MPa。

②邊界條件：根據法規認證條件，約束縱梁安裝孔的位移自由度。

③載荷施加：強度載荷和疲勞載荷如下表1所示。

4.2 求解計算

①強度工況：由于強度施加載荷較大，結構受力后變形較大，同時局部可能發生塑性變形，因此需要考慮材料非線性和幾何非線性，材料曲線設置及幾何增量式幾何非線性設置如下圖4所示：

②疲勞工況：鈑金及焊縫的疲勞參數設置如下圖5所示。

4.3 結果討論

①強度結果：如前所述拖拽裝置需要校核XYZ三個方向的載荷作用，各工況的強度云圖如下圖6-1所示。三個工況的最大應力位置各不相同，最大值也有差異，其中Y向應力最高499MPa，小于材料設計強度550MPa，滿足強度要求。同時將計算結果與有限元分析結果做了對比，有限元結果如圖6-2所示。通過結果對比可見，SimSolid 與有限元的結果相當。并且基于云圖結果得到設計啟示，針對不同工況需要考慮不同區域的強化設計，提高零部件的可靠性，保證客戶行車中的安全。

②疲勞結果：疲勞性能是拖拽裝置開發的另一重要任務，因為該零件在車輛行駛過程中反復受到拖車的動態沖擊載荷作用。基于國標工況，在拖拽球頭位置施加正弦載荷，采用SN Sequential fatigue計算結果如下圖7、圖8所示。圖7鈑金結果表明，鋼板壽命大于200萬次要求。圖8結果表明，焊縫疲勞壽命大于200萬次要求。因此，該結構滿足疲勞性能要求，但同時也該看到，該設計方案的疲勞壽命處于無限壽命狀態，具備一定的減重設計空間。然而，減重方案也要考慮到強度的安全余量。需要解決該問題，可借助 HyperStudy 實現，后續和大家再交流，不在此文章中討論了。