某重型越野汽車駕駛室后懸置有限元分析及改進(jìn)

譚俊良，魏金琳，席文進(jìn)

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

某重型越野汽車駕駛室后懸置有限元分析及改進(jìn)

譚俊良，魏金琳，席文進(jìn)

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

本文以 ANSYS軟件為工具，對某型號越野汽車駕駛室后懸置支架進(jìn)行受力分析，詳細(xì)準(zhǔn)確地確定了汽車駕駛室后懸置支架的受力情況和應(yīng)力分布部位，依托分析結(jié)果對支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到降低駕駛室后懸置支架關(guān)鍵部位應(yīng)力的目的，并通過實際試驗進(jìn)行驗證，結(jié)果顯示優(yōu)化后的支架有效地改善了關(guān)鍵部位的應(yīng)力，解決了支架斷裂問題，提高了整個駕駛室懸置系統(tǒng)的可靠性能。

駕駛室懸置支架；有限元分析；可靠性

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-54-03

引言

駕駛室懸置是汽車實現(xiàn)支撐駕駛室、減緩各種沖擊和降低噪聲的重要系統(tǒng)。懸置系統(tǒng)中，駕駛室后懸置支架的設(shè)計非常關(guān)鍵，它直接關(guān)系到整個懸置系統(tǒng)的正常使用及行車安全，其應(yīng)力水平對懸置系統(tǒng)的可靠性起決定作用。既要減少駕駛室后懸置支架的故障率，又要滿足駕駛室舒適性的要求，其剛度必須適中，在方案設(shè)計中需要借助有限元分析來得到合適剛度的支架，從而達(dá)到設(shè)計要求，本文依托ANSYS有限元分析軟件，在保證整體裝配的情況下，使駕駛室后懸置支架結(jié)構(gòu)達(dá)到了最優(yōu)。

1、駕駛室后懸置支架有限元分析

1.1 三維模型的建立

根據(jù)駕駛室后懸置支架斷裂部位，確定駕駛室后懸置支架的改進(jìn)方案，斷裂發(fā)生在后懸置支架有焊接的位置，初步分析為焊接件結(jié)構(gòu)不合理造成。并將沖擊載荷由原來的2.5g提高到3.6g，重新調(diào)整部件焊接方式及位置，并將駕駛室后懸置固定橫梁的規(guī)格由20-D-2-80×40×4-GB/T3094-2000改為：20-D-2-80×60×6-GB/T3094-2000，如圖1所示。

駕駛室后懸置支架設(shè)計圖紙，用Pro/E軟件進(jìn)行支架三維實體造型，如圖2所示。

1.2 前處理及參數(shù)設(shè)置

1.2.1 有限元模型前處理

利用ANSYS提供的Pro/E接口，將駕駛室后懸置支架的幾何模型導(dǎo)入ANSYS中。在導(dǎo)入后，模型的一些幾何信息可能會出錯，如導(dǎo)入曲面數(shù)據(jù)時可能會存在縫隙、重疊、邊界錯位等缺陷，導(dǎo)致單元質(zhì)量不高，求解進(jìn)度差。因此，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分前必須進(jìn)行幾何清理。

1.2.2 三維模型的離散化

對模型進(jìn)行質(zhì)量檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題，隨后對有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在網(wǎng)格劃分時，必須盡量保證單元排列整齊，只有這樣才能得到較好的計算結(jié)果，如果網(wǎng)格變形超出一定范圍，計算精度會顯著下降。由于駕駛室后懸置支架為焊接件，在此處采用6方體網(wǎng)格，能更好的保證計算精度同時有很好的計算速度。對支架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終共產(chǎn)生146800個節(jié)點和 34209個單元，如圖3所示。

1.2.3 參數(shù)設(shè)置

駕駛室后懸置支架材料為異型管 20-D-2-80×60×6-GB/T3094-2000，其參數(shù)如表1所示。

表1 零部件相關(guān)參數(shù)

1.3 計算分析與工況設(shè)置

以下是對駕駛室后懸置橫梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)前和改進(jìn)后的按承載1800 Kg的沖擊力，沖擊載荷3.6g進(jìn)行ANSYS結(jié)構(gòu)受力分析，改進(jìn)前后采用了相同載荷與鉸接方式。圖4 載荷施加示意圖。

改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的最大變形量由39.6mm減小到10.5mm ，如圖5所示。

改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)變量由0.0035475mm/mm減小到0.0013484mm/mm并最大應(yīng)變位置發(fā)生變化 ，如圖6所示。

改進(jìn)前后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力由709.5MPa減小到269.68MPa ，應(yīng)力分布更加均勻，如圖7所示。

分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后在相同的邊界條件下，駕駛室后懸置橫梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到顯著改善，該支架的最大應(yīng)力集中在駕駛室后懸置支架的彎角處。計算所得改進(jìn)前最大應(yīng)力為709.5MPa，改進(jìn)后最大應(yīng)力為269.68MPa。最大應(yīng)力明顯降低，安全系數(shù)提高至6.5，大大提高了支架的可靠性。

2、試驗情況

在實際工況中尤其是在試驗過程中，車輛要在各種路面上進(jìn)行考核，此支架要經(jīng)受來自各個方向的沖擊，有時瞬間載荷能到達(dá)3.6g甚至更多，支架存在斷裂隱患。而實際的試驗結(jié)果也驗證了這一分析，改進(jìn)前在綜合路面試驗進(jìn)行到3000公里時，支架出現(xiàn)了裂紋，而裂紋處即為上圖應(yīng)力云圖中所示應(yīng)力集中位置，如圖7（改進(jìn)前）所示。改進(jìn)后，對比以上分析結(jié)果，駕駛室后懸置支架在相同沖擊條件下，未出現(xiàn)失效情況，故障率極大的降低，完全滿足強(qiáng)度和設(shè)計要求。

3、結(jié)論

本文通過有限元分析，運(yùn)用ANSYS對某汽車駕駛室后懸置支架進(jìn)行了有限元模型建立，同時對支架的受力進(jìn)行了強(qiáng)度分析，并根據(jù)分析結(jié)果和試驗情況應(yīng)用ANSYS對支架進(jìn)行了優(yōu)化，降低了關(guān)鍵部位的應(yīng)力，提高了支架的強(qiáng)度，解決了支架斷裂問題，并在試驗中得到了驗證。

[1] 孫靖敏等.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2] 譚繼錦.汽車有限元法[M].北京；人民交通出版社，2005.

[3] 余志生.汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Finite Element Analysis and Optimization of The Cab Rear Suspension of A Heavy Military Off-road Vehicle

Tan Junliang, Wei Jinlin, Xi WenJin
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

It was based on ANSYS software in the paper, to conduct the analysis of stress for the cab rear suspension bracket of a military off-road vehicle. Both stress condition and stress distribution of the cab rear suspension bracket was identified precisely. The bracket structure was optimized by relying on the results of the analysis. It reduced the key parts stress of the cab rear suspension bracket. It was verified by practical test. The results indicated that the optimized bracket effectively improved the stress of key parts, and solved the problem of stent bracket. The reliable performance of the cab suspension system was improved.

Cab suspension bracket; Finite element analysis; Reliability

U463.8

A

1671-7988(2014)07-54-03

譚俊良，就職于陜西重型汽車有限公司。