車架疲勞臺架試驗及驗證

洪學臣

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥230601）

車架疲勞臺架試驗及驗證

洪學臣

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥230601）

利用臺架檢測車架的彎曲剛度和扭轉剛度，運用臺架進行車架彎曲疲勞試驗和扭轉疲勞試驗，快速檢驗車架的可靠性，并運用有限元分析法驗證臺架試驗狀況下的車架的剛度和車架的應力分布情況，結合車輛的路試情況來判斷臺架試驗的準確性。

車架；疲勞；臺架試驗；有限元

CLC NO.:U467.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-85-03

引言

汽車行駛過程中大梁受力狀況十分復雜，它不僅承載自重和載重量的靜載荷，同時承受車輛運動中的動載荷。在平坦的道路上行駛時，車架主要承受彎曲應力；在較差的路況下路面行駛時，車架上處產生彎曲應力以外，由于載荷重心偏離，車架及固定在車架上的部件產生扭轉變形，橫梁及固定在車架上的總成件阻礙這種變形，使車架產生扭轉應力[1][4]；本文運用臺架檢測車架剛度，進行可靠性驗證，并結合有限元分析法和車輛的路試情況，判斷臺架試驗的準確性。

1、臺架試驗安裝

1.1 彎曲疲勞試驗安裝

固定車架前后懸掛安裝點，固定方式采取鉸接方式。固定不得影響車架變形，且能保證兩縱梁形成的平面與加載方向垂直，以整車質心位置為加載點，將車架與加載設備之間通過鉸接連接[3]，加載時，在加載點逐次施加5kN、10kN、15kN、20kN四種載荷（試驗時扣除橫梁的質量），具體如下圖1、2所示。

1.2 扭轉疲勞試驗安裝

固定車架前懸掛安裝點，固定方式采取鉸接方式。后懸掛安裝點通過鉸接與橫梁剛性聯接。聯接夾具不得影響車架變形；初始狀態，加載方向與車架垂直。

加載夾具一端通過鉸接與加載設備之間通過鉸接連接，加載時，使后軸與車架平面所成角度為±1o、±2o、±3o、±4o四種角度[3]。

2、有限元分析

2.1 模型描述

根據車架數模及臺架安裝情況建立車架的有限元分析模型，如圖1所示。鈑金件采用SHELL單元離散，縫焊采用RBE2單元模擬[2]。分析中使用的軟件有ANSA、NASTRAN和HYPERVIEW。

2.2 邊界條件

彎曲剛度邊界條件如圖6所示，前懸架連接處約束XYZ向自由度、后懸架輪軸處約束釋放X向平移和繞Y軸旋轉自由度，在縱梁上位于前后約束的中點位置，左右各施加10000N的垂向載荷。

扭轉剛度邊界條件如圖7所示，在后懸架輪軸處進行全約束，在前懸架與車架連接處局部坐標系下約束12356自由度，釋放繞X軸旋轉自由度，在旋轉中心點施加繞X軸4°的角度。

2.3 車架應力分布

應力云圖如圖8、9所示。通過應力云圖可知車架的應力分布比較均勻，扭轉時出現最大受力區域為車架第五橫梁處，后板簧前安裝支座與縱梁連接處，該區域的最大應力321.8MPa，小于車架材料的抗拉強度。

3、疲勞耐久試驗

3.1 試驗方法

表1 試驗方法

3.2 試驗結果

表2 試驗數據

55427次試驗后，第四根橫梁與縱梁焊接處出現裂紋，開裂部位與CAE分析結果的高應力區位置一致。

4、道路可靠性驗證

進行兩輪道路可靠性驗證，臺架開裂處部位，試驗車輛均發生開裂。

兩輛試驗樣車車架開裂部位相同，與臺架驗證情況相同，結果局部優化處理，目前問題已經解決。

5、結論

通過車架的臺架疲勞試驗，結合CAE分析結果與路試結果，臺架試驗的結果與實際情況基本保持一致，這表明車架的臺架疲勞試驗能夠準確模擬出車架的實際強度情況，在后期的研發中可應用臺架疲勞試驗來檢驗車架強度狀況，能夠比較快速驗證車架的薄弱點，快速整改快速驗證，從而降低研發成本和研發周期。

[1] 陳家瑞.汽車構造（第四版）[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 張鐵山,胡建立,唐云.輕型汽車車架動態有限元分析[N].南京理工大學學報，2001．25(6).

[3] 石云.副車架疲勞臺架試驗及驗證[J].傳動技術，2012.26（1）.

[4] 武田信之,方永龍（譯）,陳家瑞（校）.載貨汽車設計[M].北京:人民交通出版社，1997.8.

The vehicle frame Fatigue Bench Test and Verification

Hong Xuechen
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Use bench testing frame bending stiffness and torsional rigidity, the use of the gantry frame bending fatigue tests performed and torsion fatigue test, rapid test the reliability of the frame, and the use of finite element analysis to verify the situation under bench frame stiffness and stress distribution frame, combined with vehicle road test case to determine the accuracy of the bench.

vehicle frame; durability; rig test; finite element

U467.4

A

1671-7988(2015)07-85-03

洪學臣，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心。