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iSolver案例分享：汽車前副車架模態(tài)分析案例0.

</p><p><br></p><p>本文以底盤關(guān)鍵部件后副車架為應(yīng)用案例，完整展示零CAE基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工程師，如何在CATIA V5中實(shí)現(xiàn)MODSIM設(shè)計(jì)仿真一體化，借助SmartCAE完成從模型導(dǎo)入到報(bào)告輸出的全流程，全程僅需7分鐘，即可完成多工況一鍵仿真，大大提升仿真效率與設(shè)計(jì)精度。

3-23網(wǎng)格單元質(zhì)量調(diào)節(jié)功能板塊經(jīng)過上述一系列的網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格質(zhì)量檢測(cè)和網(wǎng)格質(zhì)量調(diào)整，將副車架吊耳、縱梁、副車架上板和下板以及副車架加強(qiáng)板轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格單元，逐漸建立了符合要求的副車架網(wǎng)格模型，如圖3-24所示。

1.4 耐久性能 副車架與車身連接點(diǎn)的耐久性能直接決定了汽車底盤的壽命，復(fù)雜的道路情況使前副車架時(shí)刻承受著來自路面的沖擊載荷，在循環(huán)載荷的作用下，副車架可能會(huì)發(fā)生疲勞失效，因此需要進(jìn)行嚴(yán)格的疲勞耐久仿真，并進(jìn)行相應(yīng)的臺(tái)架試驗(yàn)和整車道路試驗(yàn)，避免出現(xiàn)疲勞開裂問題。

造成局部應(yīng)力值過大的主要原因有：(1)由于結(jié)構(gòu)功能要求，前、后端梁的橫截面尺寸大于前、后連接裝置(鑄造件)的截面尺寸，造成前、后端梁在前、后連接裝置處的剛度較大，其余部分剛度較小。(2)前、后端連接裝置存在高度差，鐵路運(yùn)輸時(shí)，車架有0.6°傾角，在縱向載荷作用下將產(chǎn)生附加彎矩。(3)傳遞縱向載荷的工字型大梁組成偏離受力區(qū)域，導(dǎo)致變形不協(xié)調(diào)，縱向力傳遞不暢，局部區(qū)域應(yīng)力過大。

圖4 前端優(yōu)化過程根據(jù)原因分析所述的3～4點(diǎn)，在2根縱向大梁組成內(nèi)側(cè)增加2組組焊的異形槽鋼梁，其兩端分別與后端梁、懸架橫梁焊接連接，如圖5(b)所示，經(jīng)有限元計(jì)算，強(qiáng)度滿足鐵路運(yùn)行要求，但其與大梁太近，內(nèi)側(cè)焊縫不便于施焊，同時(shí)不便于組裝氣囊用緊固件。優(yōu)化兩側(cè)組焊的異形槽鋼梁為車架中央位置的一組工字型梁，如圖8所示，端部分別與后端梁、懸架橫梁相連，如圖5(c)所示。

3 某副車架擺臂開檔方案優(yōu)化在上述副車架優(yōu)化前，實(shí)物接頭試驗(yàn)顯示接頭扭矩轉(zhuǎn)角曲線在彈性段斜率明顯分段，表明消隙力過大。在套管和U型開檔間隙L為1.15-1.2 mm時(shí)的6個(gè)樣本平均消隙力F為36.68 k N。

3.1 多體動(dòng)力學(xué)機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)優(yōu)化 在已經(jīng)建立的多體動(dòng)力學(xué)模型中,在保證機(jī)構(gòu)各項(xiàng)設(shè)計(jì)約束的前提下,通過適當(dāng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)相對(duì)位置,不斷降低絲杠兩鉸接點(diǎn)在實(shí)際支車作業(yè)過程中的最大載荷,優(yōu)化后通過MotionSolver多體動(dòng)力學(xué)分析,荷歷程曲線變化如下圖6所示。 圖6 優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)對(duì)比 上述分析結(jié)果中紅色曲線為優(yōu)化后的鉸點(diǎn)載荷曲線，藍(lán)色曲線為原結(jié)構(gòu)鉸點(diǎn)載荷曲線。

帶剎入彎也稱為“循跡剎車”，帶著剎車入彎，使賽車重心前移，前輪抓地力提升，最大限度地逼近最大轉(zhuǎn)彎速度，到了急轉(zhuǎn)彎處剛好減速到位，縮短過彎的時(shí)間?？梢?，帶剎入彎是大學(xué)生方程式賽車中較為常見的一種車輛行駛工況，也是較為惡劣的一種工況。因此，本文選擇的受力工況為帶剎入彎，在此基礎(chǔ)上分析前懸立柱的受力情況，如表2所示。

本文主要討論雙叉臂前懸與五連桿后懸的建模方法。 如圖所示： 二、雙叉臂前懸與五連桿后懸的公差分析建模思路： 雙叉臂前懸主要建立如下的運(yùn)動(dòng)副，包括2個(gè)驅(qū)動(dòng)副，一個(gè)是輪跳的，另一個(gè)是轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。 五連桿后懸懸架由于有5個(gè)連桿，所以與車架轉(zhuǎn)向節(jié)共有10個(gè)球副，減震器等可以建立滑塊副、球副等。

制造工藝的分析 　　車架縱梁的設(shè)計(jì)一種分為左、右兩個(gè)，沒有變截面的縱梁可以直接通過一套模具分別沖壓成形，但是如果縱梁構(gòu)件出現(xiàn)變截面的時(shí)候，需要進(jìn)行較為系統(tǒng)的沖壓安排。首先是下圖顯示的就是變截面縱梁： 　　然后我們把模具一種分為前段、中段和后段三部分，其中前段和中段沖壓縱梁的右側(cè)，后段和中段沖壓縱梁的左側(cè)。

Altair解決方案為在空間車架設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)性能與安全的平衡，STARD 充分借助了 HyperMesh 卓越的有限元分析（FEA）能力。項(xiàng)目啟動(dòng)之初，團(tuán)隊(duì)以某款既有車型未經(jīng)優(yōu)化的空間車架計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型為基礎(chǔ)，將其簡化為一維模型，作為設(shè)計(jì)工作的起點(diǎn)。

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實(shí)際上即使車輛直行時(shí)，也會(huì)因?yàn)樘?、輪胎磨損程度、裝配精度等問題而滾動(dòng)半徑不相同。而打滑會(huì)造成輪胎的異常磨損、能量消耗過大、轉(zhuǎn)向失效等為題，因此需要增加差速器保證兩側(cè)車輪的純滾動(dòng)。 本文主要通過ADAMS/View建立差速器模型，并且將其應(yīng)用在簡化的小車上進(jìn)行仿真分析。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)車架三維模型的處理2、學(xué)習(xí)焊接相關(guān)的接觸設(shè)置3、學(xué)習(xí)模態(tài)分析分析步的建立4、學(xué)習(xí)模態(tài)分析邊界條件的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.案例介紹了ANSYS workbench 車架模態(tài)分析。

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工況取對(duì)車架結(jié)構(gòu)影響最惡劣工況——1.25倍最大起重力矩吊載，分別在前、后、左、右、左前、右前、左后、右后8個(gè)方位進(jìn)行加載，將上車重量（轉(zhuǎn)臺(tái)、大臂、吊重）、下車重量（車橋、輪胎、駕駛室、車架等）轉(zhuǎn)換到中回中心的垂直力及力矩，具體如下表所示： 表3 等效載荷3優(yōu)化過程整體思路車架結(jié)構(gòu)輕量化的基本路線為