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汽车副车架摆臂固定支架强度CAE仿真分析

2018-05-04 13:41:56·  来源：有限元科技  
　
副车架是一个支撑车桥和悬架的支架，汽车的行驶系统（也就是车桥，包括车轮、轮轴、差速器等部件）通过悬架元件先安装在这个支架上，再作为一个整体总成，用起减振抗扭作用的弹性橡胶垫连接到车身上。副车架的作用，相当于在悬架和车身之间增加了一级缓冲，它减轻了车身的负荷，可以明显改善整车的舒适和操控性。通过CAE仿真指出极限载荷条件下，副车架摆臂固定支架静强度的应力分布，为进一步改进结构设计提供了理论依据。


1.前言：
副车架是一个支撑车桥和悬架的支架，汽车的行驶系统（也就是车桥，包括车轮、轮轴、差速器等部件）通过悬架元件先安装在这个支架上，再作为一个整体总成，用起减振抗扭作用的弹性橡胶垫连接到车身上。副车架的作用，相当于在悬架和车身之间增加了一级缓冲，它减轻了车身的负荷，可以明显改善整车的舒适和操控性。通过CAE仿真指出极限载荷条件下，副车架摆臂固定支架静强度的应力分布，为进一步改进结构设计提供了理论依据。

2.使用软件：
HyperMesh，Abaqus，MSC Adams

3.分析方案描述
本次分析主要分三步。
第一步，通过相关数据计算出极限工况下前轮的受力情况。极限工况有三种：颠簸、制动和转弯，基本可以涵盖车辆在行驶过程中所受到的极限载荷。三种工况具体参数设置及计算结果如下表所示：



第二步，在MSC Adams中建立前悬架及车轮的动力学模型，将第一步的计算结果做为载荷加载到动力学模型上，计算副车架左侧摆臂固定支架受力情况。动力学模型如图一所示：



图1：Adams动力学模型
运用Adams动力学仿真软件计算出车辆在实际运动过程中的受力情况，其结果如下：



第三步，在HyperMesh中建立副车架摆臂固定支架的有限元模型，将第二步的计算结果做为载荷加载到模型上，导出格式为.odb的计算文件，通过Abaqus计算副车架摆臂固定支架的应力分布。



图2：副车架摆臂固定支架有限元模型

HyperMesh软件是一个高性能的有限元分析前处理软件，借助它我们可以快速的对几何进行网格划分，并调节网格质量，使其达到有限元的标准。HyperMesh和常用的解算器如Nastran，Abaqus都有非常良好的接口，我们可以通过HyperMesh非常方便的设置Abaqus计算过程中的各种控制卡片和输出卡片。在本次分析中，我们将应力设置为输出项目。在计算完成后，我们可以借助于Abaqus对计算结果进行后处理。Abaqus是一款功能强大的基于有限元法的工程模拟软件，其解决问题的范围包括从相对简单的线性分析到最富有挑战性的非线性模拟问题。

4.分析结果与结论：
副车架摆臂固定支架应力分布如图3至图5所示：



图3：颠簸工况应力云图



图4：制动工况应力云图



图5：转弯工况应力云图

原设计方案中，副车架摆臂固定支架的材料选择SAPH370,该材料的屈服强度为261.7MPa。由应力结果可知在颠簸工况下，副车架摆臂固定支架的应力超过261.7MPa，存在破坏风险，故建议选用强度更高的SAPH370440。
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