某懸置橫梁開裂分析及優化

洪健，李立波，顧海南

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某懸置橫梁開裂分析及優化

洪健，李立波，顧海南

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

懸置橫梁是發動機懸置系統主要的支撐部件之一，其結構強度關系到發動機的穩定性與整車行駛過程的安全性。現針對一款車型的懸置橫梁開裂問題，進行系統的分析排查，文章以公司自產的多功能商用車為例，通過CAE分析與材質符合性分析對故障點進行驗證分析，論證懸置橫梁的改進方案對結構強度的影響。

懸置橫梁；強度分析；優化設計

CLC NO.:U472.42 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-72-03

引言

懸置橫梁主要是支撐動力總成，通過懸置軟墊與變速箱連接。懸置橫梁的可靠性直接影響到整個動力總成的匹配安全。由于動力總成及底盤系統受力及運動的復雜性，對于目前懸置系統橫梁的可靠性開發，重要的驗證方法就是強化道路的可靠性驗證。本文針對某款車型懸置橫梁強化路面試驗過程中的開裂問題，進行CAE結構強度分析及對比、材質符合性分析，沖壓工藝分析，完成懸置橫梁的優化，解決開裂問題，為后期的沖壓件的設計開發積累經驗指導。

1、懸置橫梁開裂的故障描述

根據P0車(第一臺路試樣車)的道路可靠性驗證數據，經過強化路4728km(折合普通公路70920km)。懸置橫梁出現開裂，相關信息如下：

圖1 故障位置

圖2 開裂點在整車的位置

表1 懸置橫梁的主要部件及材料參數(裂紋出現在下板)

2、懸置橫梁開裂原因分析

根據對上述故障描述我們將重點通過結構強度CAE分析來指導整個過程的問題調查。

2.1 懸置橫梁開裂的應力應變分析

2.1.1 邊界條件

對現有故障件的原始模型進行數據分析，利用ADAMS/car建立分析模型，提取故障點位置處的典型22工況下的力與位移，并將提取的力導入到Hypermesh中劃分網格，提取局部應力應變數據。

Hypermesh中分析所得到的應力應變云圖，截取不合格項如下：

圖3 不合格工況下的應力應變云圖

強度分析結果表明在上述四個工況下，懸置橫梁左側后安裝點處存在高度應力集中，主要集中在過渡圓角處，在以垂直沖擊載荷為工況主條件下應力超過材料的許用強度(DC04的最小抗拉強度為270MPa)，分析結果與實際開裂處位置相同，開裂風險較高。

2.1.2 基于強度分析的結構優化

圖4 圓角半徑為3mm的懸置橫梁

圖5 圓角半徑為6mm的懸置橫梁

根據上節的分析結果，可以知道應力主要集中在沖壓圓角處，現在的優化方向是增大沖壓圓角半徑，由現在的3mm增大到6mm。

表2 優化前與優化后對比

由優化后的結果可以看出，最大應力值，最多降低了50MPa，安全系數由最小0.978變為1.16，通過增加過渡圓角半徑的優化方案有效降低了應力集中，可以作為一個整改方向。

2.2 材質分析

此次開裂的懸置橫梁為兩塊DC04-1.5的冷軋鋼板經過點焊焊接工藝焊接在一起，由于實際開裂在下板的沖壓圓角處(圖1所示)，因此對故障件取樣進行材質分析，分析結果如下。在沖壓生產線截取樣塊進行拉伸試驗。

表3 材質各元素含量分析結果

表4 板材拉伸試驗結果

經過分析此次故障件所使用的原料板材符合要求，排除此原因點。

2.3 沖壓工藝分析

取沖壓后但未經電泳處理的毛坯件進行板厚檢測。發現原材料板厚為1.5mm，但開裂圓角處的板厚僅有1.3mm左右。

試驗項目 樣件1 樣件2 樣件3 樣件4沖壓后厚度 1.30mm 1.28mm 1.26mm 1.22mm

由上述檢測數據可以看出，在沖壓的過程中存在拉伸變薄的問題，影響結構強度。由于CAE建模分析過程中所設定的板厚是1.5mm，因此拉伸變薄的懸置橫梁圓角處的安全系數將比分析結果還要低。

2.4 懸置橫梁最終確認的改進方案

針對3.1以及3.3分析出的問題點進行改進，將斷裂處的圓角半徑由3mm改為5mm(考慮到圓角更改的過大會造成不能完全成型，所以僅僅只將圓角更改到5mm)，在增大圓角的同時也能夠降低沖壓過程中變薄的程度。

2.5 懸置橫梁方案改進方案驗證

2.5.1取沖壓后的樣件進行檢測發現圓角處拉伸變薄的程度已經減小，檢測結果如下：

表6

2.5.2 裝車驗證

改進后的懸置橫梁經過新的一輪1.1萬公里強化路的可靠性驗證，懸置橫梁沒有出現裂紋，證明改進后的方案有效。

3、結論

通過上述實例可以知道，此次懸置橫梁開裂的原因主要是，橫梁上圓角處的圓角設定過小，導致應力集中且沖壓過程中出現拉伸變薄。

懸置橫梁上的沖壓圓角，圓角的半徑越大，應力集中的程度越小，同時沖壓后的減薄程度越小。對后期板材沖壓成型具有借鑒作用。

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Analysis and Optimization of Suspension beam Breakage

Hong Jian, Li Libo, Gu Hainan
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Suspension beam is one of the main supporting parts of engine mounting system, The structure strength of which is related to the stability of the engine and the safety of the vehicle driving. Now systematic investigation and analysis had been carried out for one car suspension beam crack issue.This paper take a production of the company's multi-functional commercial vehicle as an example,use CAE analysis and material conformity analysis to verify failure point,demonstrates the effect of the suspension beam improvement program on structure strength.

Suspension beam; strength analysis; optimal design

U472.42

A

1671-7988(2016)07-72-03

洪健，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.023