汽車副車架擺臂固定支架強度CAE仿真分析

1.前言：

副車架是一個支撐車橋和懸架的支架，汽車的行駛系統(tǒng)（也就是車橋，包括車輪、輪軸、差速器等部件）通過懸架元件先安裝在這個支架上，再作為一個整體總成，用起減振抗扭作用的彈性橡膠墊連接到車身上。副車架的作用，相當于在懸架和車身之間增加了一級緩沖，它減輕了車身的負荷，可以明顯改善整車的舒適和操控性。通過CAE仿真指出極限載荷條件下，副車架擺臂固定支架靜強度的應力分布，為進一步改進結(jié)構(gòu)設計提供了理論依據(jù)。

2.使用軟件：

HyperMesh，Abaqus，MSC Adams

3.分析方案描述

本次分析主要分三步。

第一步，通過相關(guān)數(shù)據(jù)計算出極限工況下前輪的受力情況。極限工況有三種：顛簸、制動和轉(zhuǎn)彎，基本可以涵蓋車輛在行駛過程中所受到的極限載荷。三種工況具體參數(shù)設置及計算結(jié)果如下表所示：

工況	前輪受力（N）
	Fx	Fy	Fz
顛簸（az=2.5g）	0	0	9442
制動（ax=0.8g az=1g）	5140	0	6425
轉(zhuǎn)彎（ay=0.8g az=1g）	0	0	左7307.3 右238.7

第二步，在MSC Adams中建立前懸架及車輪的動力學模型，將第一步的計算結(jié)果做為載荷加載到動力學模型上，計算副車架左側(cè)擺臂固定支架受力情況。動力學模型如圖一所示：

圖1：Adams動力學模型

運用Adams動力學仿真軟件計算出車輛在實際運動過程中的受力情況，其結(jié)果如下：

工況	各方向受力（N）			各方向所受作用力矩（N*mm）
	FX	FY	FZ	TX	TY	TZ
顛簸	-2.65E+02	2.46E+03	-9.60E+01	-3.89E+04	8.55E+03	-6.66E+04
制動	-1.00E+02	8.39E+03	8.34E+02	-1.40E+05	-2.97E+03	-5.46E+04
轉(zhuǎn)彎	-1.68E+02	1.81E+03	-6.90E+01	-3.20E+04	7.85E+03	-6.00E+04

第三步，在HyperMesh中建立副車架擺臂固定支架的有限元模型，將第二步的計算結(jié)果做為載荷加載到模型上，導出格式為.odb的計算文件，通過Abaqus計算副車架擺臂固定支架的應力分布。

圖2：副車架擺臂固定支架有限元模型

HyperMesh軟件是一個高性能的有限元分析前處理軟件，借助它我們可以快速的對幾何進行網(wǎng)格劃分，并調(diào)節(jié)網(wǎng)格質(zhì)量，使其達到有限元的標準。HyperMesh和常用的解算器如Nastran，Abaqus都有非常良好的接口，我們可以通過HyperMesh非常方便的設置Abaqus計算過程中的各種控制卡片和輸出卡片。在本次分析中，我們將應力設置為輸出項目。在計算完成后，我們可以借助于Abaqus對計算結(jié)果進行后處理。Abaqus是一款功能強大的基于有限元法的工程模擬軟件，其解決問題的范圍包括從相對簡單的線性分析到最富有挑戰(zhàn)性的非線性模擬問題。

4.分析結(jié)果與結(jié)論：

副車架擺臂固定支架應力分布如圖3至圖5所示：

 圖3：顛簸工況應力云圖

   圖4：制動工況應力云圖

圖5：轉(zhuǎn)彎工況應力云圖

 原設計方案中，副車架擺臂固定支架的材料選擇SAPH370,該材料的屈服強度為261.7MPa。由應力結(jié)果可知在顛簸工況下，副車架擺臂固定支架的應力超過261.7MPa，存在破壞風險，故建議選用強度更高的SAPH370440。

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