汽車后橋殼的CAE分析研究

jeanas

2006年4月8日 21:19

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汽車后橋殼的CAE分析研究 江鈴汽車公司技術中心蔡志武史英明

為了適應激烈的市場競爭，滿足用戶需求，企業需要開發出高品質、低價位的新產品。為此，CAE技術在汽車產品開發過程中越來越多地得到開發人員的應用。針對某型車的引進吸收開發過程中，其海南路試發現后橋存在的局部強度不足的情況，用ANSYS有限元分析系統對其后橋殼進行了計算分析比較，并優化該產品的設計。

隨著汽車對安全、節能、環保的不斷重視，汽車車后橋作為整車的一個關鍵部件，其產品的質量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車車后橋進行有效的優化設計計算是非常必要的。本文介紹了有限元方法對某型車后橋殼的分析研究，建立了車后橋殼的有限元計算模型，并進行了多方案的模型計算分析比較，指出了其結構不足，提出了改進建議，為進一步優化設計提供了重要理論依據。

建立后橋殼的有限元模型

根據該車后橋結構特點，傳統的車橋有限元簡化分析一般將重點集中于橋殼分析，該橋殼是鋼板焊接式，由兩根主橋殼對焊，中段兩側焊有四塊三角形板，中間兩端與橋后蓋及主減速器殼連接固定。一般其強度問題點發生的部位如圖1。

汽車后橋殼的CAE分析研究的圖1
圖1 焊接橋殼常見的高應力響應部位

本橋殼的G、H點即是平衡桿座板焊接位的應力集中問題， E點處在中間相對水平緩的過度部位，該處往往開大傘齒輪安裝切槽或法籃螺孔，應力響應也較高，A、B點的高應力響應對應最大側向載荷工作情況發生。

載荷與約束
　　
首先對后橋所受載荷進行分析，本分析考慮了兩種工作載荷：一種橋負荷，分別作用在板簧支座與橋殼聯接位；另一種載荷為平衡桿在車身發生傾斜等情況時產生的抗力。

汽車后橋殼的CAE分析研究的圖2
圖2 平衡桿模型與抗力圖3 車身不發生傾斜時橋殼應力響應分布

計算結果分析

通過FEM對平衡桿模型有無作用力計算比較，得出：平衡桿支反力對橋殼體的影響主要體現在橋殼彎矩的加大。

汽車后橋殼的CAE分析研究的圖3
圖4 平衡桿角度為零時橋殼最大應力響應圖5 橋殼敏感部位局部的計算結果

分析表明，橋殼的高應力響應點在平衡桿加強板和橋殼焊接結縫，該點非常接近橋殼對焊焊縫與琵琶段闊漲段的三角接板對焊位。從橋殼敏感部位局部的計算結果中，可見該段基本上是彎曲工作狀態。焊點位存在較大的連接力，在橋殼焊縫同一部位的高應力響應。

平衡桿支座對橋殼作用分析

根據橋殼有限元初步計算結果分析，驗證了橋殼問題產生在D F G 位，應力響應相當高。分析發現了平衡桿支座板焊接部位有高應力響應等情況，判斷分析疲勞源有可能先發生在G點。排除加大橋管根本性改進，這樣分析工作重點放在平衡桿支座板和焊接部位結構分析和改進上。

汽車后橋殼的CAE分析研究的圖4
圖6 支座板與橋殼間焊接點相互傳遞的作用力圖7 平衡桿支座高應力響應分布