基于HyperWorks的載貨車車架強(qiáng)度仿真分析

晏強(qiáng)，高偉，方慧平，王磊

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

基于HyperWorks的載貨車車架強(qiáng)度仿真分析

晏強(qiáng)，高偉，方慧平，王磊

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

本文運(yùn)用HyperWorks有限元分析方法，建立了載貨車車架強(qiáng)度分析模型。確定了車架靜態(tài)垂向、轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)和制動四種工況下的邊界條件和載荷。強(qiáng)度分析結(jié)果為車架結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。

載貨車車架；有限元法；強(qiáng)度分析

CLCNO.:U466 Document Code：A Article ID：1671-7988(2015)03--

引言

車架作為汽車的承載基體，承受著來自車內(nèi)外的各種載荷，因此車架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度來保證汽車的行駛和安全性能。

本文以某款載貨車車架為研究對象，以HyperMesh為前處理工具，建立以殼單元為主，多種單元形式相結(jié)合的有限元分析模型。求解器采用Radioss進(jìn)行計算，后處理工具采用HyperView進(jìn)行分析判斷。

通過車架強(qiáng)度仿真分析，知悉車架在各個工況下的應(yīng)力分布情況，有利于設(shè)計人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使車架強(qiáng)度滿足整車性能要求。

1、車架有限元模型

1.1 模型的建立

本文研究的車架為邊梁式螺栓連接和鉚釘連接車架，兩側(cè)為沖壓縱梁與鑄造前伸梁相結(jié)合，中間有沖壓變速器橫梁、尾梁和若干管橫梁，其中管橫梁以焊接法蘭板的形式裝配在縱梁上。

將車架CATIA三維模型轉(zhuǎn)換為stp格式，導(dǎo)入HyperMesh進(jìn)行前處理工作。建立車架有限元分析模型時，鈑金件用殼單元模擬，單元平均尺寸10mm，以四邊形為主，含少數(shù)三角形單元；鑄造件用四面體單元模擬，單元平均尺寸5mm。對于螺栓連接和鉚釘連接，采用剛性單元rbe2與梁單元cbar相結(jié)合的形式，避免出現(xiàn)局部剛度突變，提供較好的局部剛度效果。前軸、后橋則簡化為beam梁單元。

通過HyperMesh前處理，共劃分單元數(shù)量1716124，結(jié)點(diǎn)數(shù)量516369。有限元模型如圖1。

1.2 邊界條件和載荷

根據(jù)載貨車車架的實際受力情況，將貨物質(zhì)量以均布載荷的形式加載到副車架上；隨車附件質(zhì)量按實際安裝和固定位置，在幾何重心位置模擬質(zhì)心單元；其它結(jié)構(gòu)件的自重通過軟件定義密度即可。

同時，以車架強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備單為依據(jù)對邊界條件和載荷進(jìn)行編輯，見表1。

表1 車架強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備單

2、車架強(qiáng)度分析

用HyperMesh進(jìn)行前處理時，將確定的車架靜態(tài)垂向、轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)和制動四種工況下的邊界條件和載荷編輯錄入。通過求解器Radioss進(jìn)行計算，采用HyperView進(jìn)行分析判斷，考察各工況下車架縱梁、橫梁和鑄件等的應(yīng)力分布情況，為設(shè)計提供理論依據(jù)。

2.1 靜態(tài)垂向工況

在進(jìn)行強(qiáng)度分析時，需要在四個軸端對有限元分析模型進(jìn)行約束，1、2、3、4、5、6六個阿拉伯?dāng)?shù)字分別代表約束X方向平動、Y方向平動、Z方向平動、X方向轉(zhuǎn)動、Y方向轉(zhuǎn)動、Z方向轉(zhuǎn)動（下同）。

在進(jìn)行靜態(tài)垂向受力工況分析時，前左輪約束1、3，前右輪約束1、2、3，后左輪約束3，后右輪約束2、3，施加垂向加速度。該工況下，車架縱梁、橫梁和鑄件的應(yīng)力分布情況如圖2所示。

2.2 轉(zhuǎn)彎工況

在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況分析時，前左輪約束1、3，前右輪約束1、3，后左輪約束3，后右輪約束3。施加垂向加速度和橫向加速度。該工況下，車架縱梁、橫梁和鑄件的應(yīng)力分布情況如圖3所示。

2.3 扭轉(zhuǎn)工況

在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)工況分析時，前左輪約束3，前右輪約束1、2、3，后左輪約束2、3，后右輪約束3，施加垂向加速度。該工況下，車架縱梁、橫梁和鑄件的應(yīng)力分布情況如圖4所示。

2.4 制動工況

在進(jìn)行制動工況分析時，前左輪約束1、3，前右輪約束1、2、3，后左輪約束1、3，后右輪約束1、2、3。施加垂向加速度和縱向加速度。該工況下，車架縱梁、橫梁和鑄件的應(yīng)力分布情況如圖5所示。

3、結(jié)論

根據(jù)車架強(qiáng)度分析計算結(jié)果，各工況下車架縱梁、橫梁和鑄件的最小安全系數(shù)見表2。

表2 各工況條件下車架的最小安全系數(shù)

從表中可以看出，車架靜態(tài)垂向受力、轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)和制動四種工況下的各部件應(yīng)力分布情況均滿足強(qiáng)度要求，安全系數(shù)全部大于1，表明該車架能夠保證汽車的行駛和安全性能。

[1] 陳家瑞，汽車構(gòu)造（下冊）［M］，機(jī)械工業(yè)出版社，2001。

[2] 呂品，汽車車架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計［D］，吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008。

[3] 陳啟亮、王朋波等，Hypermorph工具在某型卡車車架扭轉(zhuǎn)剛度優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用，長安汽車北京研究院。

The strength analysis of truck frame based on HyperWorks

Yan Qiang, Gao Wei, Fang Huiping, Wang Lei
(Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xian 710200)

In this paper,a finite element model of a frame is created based on HyperWorks software for strength analysis.Boundary condition and loads that the frame in static, turning, torsion and braking is determined.The result of strength analysis is beneficial to the frame design.

Truck frame；Finite element method；Strength analysis

U466

A

1671-7988(2015)03--

晏強(qiáng)，就職于陜汽重型汽車有限公司研究院，從事重型汽車開發(fā)工作。