扭力梁的案例
基于HyperWorks的扭力梁強度分析
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。
展開 780 MPa 超高強鋼扭力梁內高壓成形研究
尤其是轎車后懸掛裝置中的扭力梁，采用內高壓成形技術制造，不但可以保持原有性能指標不變，同時還實現了減重和節約空間，符合當前的汽車設計理念中的輕量化要求。
轎車后懸掛裝置中的扭力梁零件，是當前轎車半獨立后懸掛裝置中最重要的一個部件，它在車輛行駛過程中對減緩車輛顛簸、保證轉彎時的安全，起到非常重要的作用，所以扭力梁的耐用性、扭轉強度和扭轉剛度的設計是整個后懸架系統的重中之重，尤其是良好的形狀設計可以得到合適的應力分布，從而避免應力集中，延長使用壽命，所以在車身制造工程中，扭力梁零件的合理設計也是當前車身設計者最為關注的問題之一。
典型扭力梁主要有 2 種形式：即開口狀的 V型或者 U 型結構和封閉截面的管狀結構。前者主要依靠厚度 5~10 mm 的鋼板一次沖壓成形，考慮到裝配焊接往往需要預留有一定寬度的法蘭。此外沖壓板中間夾帶一根實心穩定桿結構，其作用就是保持車輛在彎道時的平衡作用，這種方法的優點是可以保證扭力梁本身具備足夠的扭轉強度和扭轉剛度，但缺點是質量大。隨后扭力梁形狀由 V 型發展成 H 型，同時為了確保安全性，在凹槽內置一根穩定桿，其作用和原理以及典型優缺點均與 V型一致。為了實現減重，去除穩定桿成了首要考慮的問題，從而扭力梁形狀變成半圓弧形，該扭力梁凹槽內不再含有一根穩定桿，而是采用厚度為 10mm 的鍛造槽鋼，增強扭力梁的整體抗彎抗扭強度，該成形方法能相對減輕重量。
封閉截面的沖壓焊接工藝成形的扭力梁雖然在抗彎模量、扭矩方面較開口扭力梁得到大幅度的提高，但是考慮到沖壓焊接都要預留焊接法蘭，同時焊縫處的強度也很難保證；而管狀扭力梁能克服開口狀扭力梁和沖壓焊接件的缺點，同時能很好地實現減重、高壽命的要求。
展開 管狀變截面汽車扭力梁內高壓成形工藝
摘要：目的 研究管狀變截面汽車扭力梁內高壓成形過程及其成形質量的關鍵影響因素。方法 采用數值模擬和試驗相結合的方法，重點研究了預成形件形狀、內壓力通入時機和初始壓力值對扭力梁內高壓成形的影響。結果 預成形件寬度過大或上模圓角處管坯壁厚過薄，將造成后續內高壓合模過程中出現咬邊或整形階段發生破裂等缺陷；在內高壓成形合模過程中通入適當內壓，可有效避免扭力梁件出現圓弧過渡面塌陷、上下模圓角過度減薄等缺陷。結論 當預成形模具V 面下模引導角а 介于60°~70°之間、T 面下模引導角β介于65°~75°之間時，可以取得較理想的預成形效果；合模過程中即通入32 MPa 內壓，此時所得扭力梁實體件外觀無明顯缺陷，成形精度較高。
關鍵詞：管狀變截面扭力梁；有限元；預成形；內高壓成形；合模通壓
扭力梁零件是汽車后懸掛裝置中最重要的結構部件，其對于車輛行駛中保持平穩以及減震起著十分重要的作用和安全保障。傳統扭力梁通常是由4~6 mm 厚單層板沖壓成形的V 型或者U 型板材和實心穩定桿組合而成，而通常這樣的扭力梁零件往往在變形區和非變形區之間存在應力的高度集中區域，導致零件疲勞強度大大降低。隨著輕量化技術越來越多地應用于汽車零部件的結構設計，傳統的扭力梁由于本身質量較大，越來越難以滿足汽車輕量化的行業需求。采用管材代替傳統的板材，將扭力梁設計為空心變截面的形式，是近年來汽車行業發展的趨勢。
展開 后懸扭力梁扭轉剛度分析
汽車后懸扭力梁扭轉剛度分析.pptx
汽車后懸扭力梁扭轉剛度分析
基于Abaqus汽車后懸扭力梁扭轉剛度分析.pdf
銷量前三的轎車 為啥都是非獨立后懸架？
可是，這三個品牌的車型在底盤上都不約而同地選擇了前麥弗遜獨立懸架，后扭力梁非獨立懸架的組合，是否暗藏玄機？
我們都知道，如今的汽車在底盤懸架上主要有兩大類，一類是獨立懸架，而一類則是非獨立懸架。
一般來講，獨立懸架多用在中高端車型或是車系中的高配車型，而非獨立懸架一般用較低端的車型或車系中的低配車型。
當然，凡事也有例外，比如法系車，就喜歡在扭力梁非獨立懸架上一條道走到黑。
在乘用車上，常見的非獨立懸架為扭力梁懸架、拖曳臂懸架、鋼板彈簧懸架等，而常見的獨立懸架類型比較多，包括：麥弗遜懸架、雙叉臂懸架、多連桿懸架、空氣懸架、電磁懸架等。
其中，最常見的獨立懸架為麥弗遜和多連桿。不過，由于麥弗遜常用在前懸架上，也是當下世界范圍內應用最廣泛的乘用車前懸架之一。
麥弗遜獨立懸架具有結構簡單，成本低，用途廣，性價比高的特點，被行家譽為經典的設計，主要用在中小型車的前橋上。但同樣是由于結構簡單，懸架剛度較弱，穩定性差，轉彎側傾明顯，因此，在后懸架上最常見的獨立懸架為多連桿。
而最常見的非獨立懸架就是扭力梁了。在這里，小鹍主要以多連桿獨立懸架與扭力梁非獨立懸架為例來進行說明。
所謂多連桿獨立懸架，一般有五連桿和四連桿兩種，這種懸架可以有效減少轉向不足或轉向過度的情況，提高車輛的控制性能，并且結構緊湊增加了車內可用空間，不過多連桿懸架的成本較高，因此，多用于中高端車型，極少出現在低端車型上。
那些經常出現在低端車型上的，通常是我們所說得非獨立懸架。而所謂的扭力梁非獨立懸架就是通過一個扭力梁來平衡左右車輪的上下跳動，保持車輛平衡，不過扭力梁懸架占用空間小，可以保證后排乘客的乘坐空間。
再說幾句
據小鹍了解，11月轎車銷量排行榜前五中有四款車型采用了非獨立后懸架，僅有排名第五的別克英朗采用的是多連桿獨立懸架。
展開 福特汽車使用Adams開發創新的懸架設計
（圖4）
圖3 : 扭梁式懸架的缺點: 過度轉向效應
圖4 : 扭梁式懸架的缺點: toe-out效應
過去解決這些問題的方案涉及復雜的加固或附加的Watt 連桿。這會增加成本，增加重量并導致 NVH 問題。諸如傾斜襯套連結到車身的角度來減小 toe-out 角度的措施會導致側向柔度增加和車輛敏捷性減弱。
探索新的懸架設計
福特的扭梁式懸架設計通過兩項創新克服了這些挑戰。為了開發創新的懸架系統，福特汽車動力學團隊創建了具有柔性扭梁的 Adams Car 模型。Adams Car 是在Adams 框架基礎上開發的基于模板的車輛建模解決方案。使用 Adams Car 的工程師可以構建車輛系統或子系統的虛擬樣機，并通過車輛工況庫測試其性能。在扭力梁懸架模型中，輪轂、前框架和前下部控制臂均建模為柔性體。該團隊廣泛使用Adams仿真來評估設計概念，并再次驗證力矢量彈簧。
圖5 : 在Adams模型中的柔性體
通過一組虛擬仿真工況測試了帶有常規彈簧和力矢量彈簧（圖6和圖7）的車輛模型，來比較性能。通過改變硬點來實現彈簧的傾斜。硬點是用于構建參數化模型的基本建模元素。Adams的仿真結果顯示，轉彎外側的toe-out效應減少了10％。
圖6 : Adams的常規扭力梁
圖7 : Adams中的力矢量扭力梁
第一項創新是使后懸彈簧的力方向傾斜。在轉彎期間，外側彈簧被壓縮，內側彈簧被拉伸（圖8）。
圖8 : 轉彎時的力矢量彈簧力
仿真表明，轉彎中外側的側向支撐增加，內側的側向支撐減少，從而抵消了導致過度轉向的側向力。除了優化彈簧的傾斜度，福特還重新考慮了彈簧本身的設計。
展開 仿真幫助避免焊接裂紋 附Simufact.welding 6.0 更新說明中文版下載
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
結果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠對焊接殘余應力和變形進行精準的預測，并基于得到的焊接殘余應力等結果進行后續的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業降低開發階段的測試工作約20%的時間和10% 的成本投入。
展開 通過仿真避免焊接裂紋
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
結果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠對焊接殘余應力和變形進行精準的預測，并基于得到的焊接殘余應力等結果進行后續的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業降低開發階段的測試工作約20%的時間和10% 的成本投入。
展開 案例 | 通過仿真避免焊接裂紋
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
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在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
展開 
什么是簧下質量.
像與車身完全沒有接觸的車輪自然好理解，但是像彈簧、減震器、獨立懸掛系統中的連桿、非獨立懸掛系統中的扭力梁以及四驅車型中的傳動軸，它們的特點都是一端與車身相連或者通過副車架間接的與車身相連接，而另一端則隨著車輪上下跳動。這在實際的計算中，一般可以取這些部件質量的二分之一作為簧下質量。
簧下質量的意義
在車輛動態行駛理論中，有一個簧上質量與簧下質量之比的數據。對于一輛車來說，我們在不考慮其懸掛設定的因素下，單純從簧上質量與簧下質量之比的角度出發，這個比值越大，也就意味著該車擁有更好的乘坐舒適性，而更小的簧下質量同時意味著懸掛系統擁有更好的動態響應能力以及車輛的操控性，接下來我們分別從這兩方面來進行解讀。
（1）對舒適性的影響
車輛在路面行駛時，懸掛系統會不斷接受來自路面的沖擊，乘員在車內最理想的舒適狀態，則是車體始終相對路面保持靜止，車輪隨著路面情況不斷起伏，不過想通過機械的結構做到這一點幾乎是不可能的，但是通過增大簧上與簧下質量之比，車輛可以更接近這種行駛狀態。
如果車體（簧上質量）在車的整備質量中占有較大的比重，那么這個較大的質量自然會增加車輪對地面的壓力，使車輪緊密的貼合路面。當車輪遇到來自路面的凸起或凹陷時，如果簧下質量較大，那么它自然也會有更大的運動慣性，在隨著路面起伏時也需要相對更長的時間。如果在車速一定的情況下，還來不及改變運動軌跡的懸掛系統會將這種路面的起伏直接傳遞給車身，而懸掛系統并沒有完成自身應該過濾震動、吸收沖擊的工作。車速越快，對車身造成的沖擊也就越明顯，這也就很好的解釋了當遇到一個較大的障礙物時，慢速通行和快速通行對乘坐舒適性所產生的不同影響，較低速度通過是給懸掛系統留有更多的起伏運動時間以減小對乘員舒適性的影響。
展開 #汽車懸架#9個汽車懸架的經典姿勢
前一陣斷軸的速騰的后懸架就是采用了非獨立的扭轉梁，而在5月份偷偷將新車升級為多連桿后懸架，并且售價不變。
6.雙叉臂
雙叉臂式通常采用上下不等長叉臂（上短下長），讓車輪在上下運動時能自動改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損，并且能自適應路面，輪胎接地面積大，貼地性好，很多強調運動性能的車型都喜歡采用雙叉臂。
雙叉臂缺點在于制造成本高、懸架定位參數設定復雜，比麥弗遜更占空間。
7.雙橫臂
國內常見的是雙橫臂懸架也是獨立懸架的一種， 雙橫臂式懸掛和雙叉臂式懸掛有著許多的共性，只是結構比雙叉臂式簡單些，也可以稱之為簡化版的雙叉臂式懸掛。國內部分中型車的前懸架會采用雙橫臂，也有思域這種另類的緊湊型用來做后懸架。
實際上獨立懸架的使用和車輛的檔次以及產品的定位有關系，小型車上很少會在后懸架上使用獨立懸架，而大型豪華車則很少在前懸架上用麥弗遜。基本上如果一款車之前使用雙叉臂或是雙橫臂，而新款則改成了麥弗遜，那就是為了多賺錢，和提升性能毛關系沒有。
8.非獨立懸架
非獨立懸架系統的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架系統懸架在車架或車身的下面。
非獨立懸架系統具有結構簡單、成本低、強度高、保養容易、行車中前輪定位變化小的優點，但由于其舒適性及操縱穩定性都相對較差，一般是緊湊型以下級別才會出現的配置（雪鐵龍、標致那是奇葩，另算）。
扭轉梁、扭力梁、拖拽臂，還有所謂的半獨立懸架都是非獨立懸架的一種，無非是企業為了宣傳而美化而弄出的一種稱呼，所以要是看到有：半獨立、扭轉梁、扭力梁字樣，就要知道，這貨就是非獨立懸架，別聽他們瞎吹。
非獨立懸架系統的優點：
1.左右輪在彈跳時會相互牽連，輪胎角度的變化量小使輪胎的磨耗小。
2.在車身高度降低時還不容易改變車輪的角度，使操控的感覺保持一致。
3.構造簡單，制造成本低，容易維修。
展開 收集的abaqus汽車應用的一些資料
ABAQUS碰撞分析案例：保險杠撞擊剛性墻
ABAQUS橡膠材料在汽車護罩仿真中的應用
基于ABAQUS的某汽車懸架控制臂仿真模態分析
基于ABAQUS的汽車側圍碰撞的數值模擬
基于Abaqus的汽車車門瞬態應力分析
基于ABAQUS的汽車前擺臂輕量化設計
基于ABAQUS的汽車驅動橋殼改進設計
基于ABAQUS的汽車轉向柱模態分析與研究
基于ABAQUS汽車發動機缸體缸蓋溫度場分析
基于ABAQUS與TOSCA的汽車前橋結構優化設計
以上文檔鏈接
http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/279885
汽車后懸扭力梁扭轉剛度分析
汽車制造領域ABAQUS應用實例
展開 史上最全的汽車內部構造圖解，老司機也未必知道在哪個位置！
扭力梁：扭力梁式半獨立懸掛的構件，能產生一定扭轉形變，使懸掛性能介于獨立懸掛和非獨立懸掛之間。這種懸掛的特點是成本低，強度高，占用空間小，舒適性一般，多用于小型車上。
