基于HyperMesh的副簧支架優(yōu)化

郭雷，汪志賢

?

基于HyperMesh的副簧支架優(yōu)化

郭雷1，汪志賢2

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.安慶安簧汽車零部件有限公司，安徽 安慶 246131）

文章針對某輕型貨車副簧支架在試驗中出現(xiàn)的開裂問題，運用有限元分析軟件，以增加強度、降低重量為目標進行優(yōu)化設(shè)計，最終方案效果明顯。有限元分析方法的采用縮短了問題解決周期，保證了優(yōu)化效果，為解決類似開裂問題提供了一個有效途徑。

副簧支架；有限元分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

前言

貨車常見的后懸架是由主簧和副簧組成的復(fù)式鋼板彈簧總成實現(xiàn)變剛度特性，副簧安裝在主簧上面，載荷較小時只有主簧工作，載荷增至一定值，副簧與副簧支架接觸，副簧作用，板簧總成剛度增加，這種結(jié)構(gòu)既保證了輕載狀態(tài)下的整車平順性，也兼顧了重載情況下的承載性。

本文針對復(fù)合支架在試驗過程中出現(xiàn)的開裂問題，運用有限元分析軟件HyperMesh對副簧支架進行優(yōu)化，解決該支架的強度問題的同時進行輕量化設(shè)計，降低材料用量。

1 副簧支架開裂問題解決

1.1 副簧支架試驗問題分析

在整車試驗中，副簧支架折角位置出現(xiàn)一處裂紋，裂紋長度約13mm。故障如圖1所示。

圖1 副簧支架根部開裂

副簧支架僅承受垂直向上的力，根據(jù)車型狀態(tài)，該力大小為25871N。將副簧支架進行實體網(wǎng)格劃分，共劃分單元32963個，為了保證與實際狀態(tài)符合性，截取部分縱梁進行網(wǎng)格劃分。根據(jù)上述工況，在副簧支架下接觸面施加均布力，同時對縱梁兩端進行約束。

圖2 副簧支架有限元分析模型

模型創(chuàng)建成功后，導(dǎo)入Nastran進行計算，得到如圖3的應(yīng)力圖。

圖3 副簧支架整體及局部應(yīng)力圖

開裂位置出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，最大應(yīng)力值112.6MPa，長期反復(fù)受力出現(xiàn)開裂問題。

1.2 副簧支架的加強

為了緩解開裂部位的應(yīng)力狀態(tài)，在該副簧支架中間部位增加厚度為8mm的加強筋，加強前后狀態(tài)對比如圖4。

圖4 副簧支架加強前后對比

同樣對加強后的副簧支架進行有限元分析，開裂位置最大應(yīng)力降低為89.4MPa（如圖5所示），應(yīng)力值降低20.6%，加強效果明顯。

圖5 加強后模型及局部應(yīng)力

2 副簧支架的輕量化

增加加強筋雖然解決了支架強度問題，但該副簧支架的重量也從3.17kg增加到3.43kg，重量增加8.2%，這與目前的輕量化趨勢相反，因此需要對支架進行輕量化設(shè)計。

整體降重方案為：取消新增的加強筋，同時調(diào)整開裂位置特征，切除應(yīng)力較小部分的金屬。按照上述方案輕量化后的副簧支架重量為2.28kg，降重比率28.08%。

圖4 車架三維數(shù)模

按照同樣的方法，對輕量化后的副簧支架強度進行分析，在工況未變的情況下，開裂位置應(yīng)力降低到89.29MPa，應(yīng)力降低20.7%，支架總體應(yīng)力285.2Mpa，安全率1.12，強度滿足使用要求。

圖5 輕量化后支架應(yīng)力分析

3 結(jié)論

本文通過有限元分析的方案解決副簧支架開裂問題，并在解決問題的基礎(chǔ)上進一步進行輕量化設(shè)計，降重效果明顯。有限元分析方法的使用縮短了解決問題的周期，保證了優(yōu)化的效果。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].人民交通出版社.

[2] 王鈺棟.HyperMesh＆HyperView應(yīng)用技巧與高級實例[M].機械工業(yè)出版社.

[3] 陳耀明.汽車懸架論文集[C].蘇州大學(xué)出版社.

Optimization of Auxiliary Spring Bracket Based on HyperMesh

Guo Lei, Wang Zhixian

（1.Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd. Anhui Hefei 230601; 2.AnQing Anhuang Automobile Part Co., Ltd. Anhui Anqing 246131）

Aiming at the cracking problem in the test of a light truck vice-spring bracket, the finite element analysis software is used to optimize the design with the aim of increasing the strength and reducing the weight, and the final scheme has obvious effect. The adoption of the finite element analysis method shortens the solution cycle of the problem, guarantees the optimization effect, and provides an effective way to solve the similar cracking problem.

auxiliary spring bracket; FEA; structural optimization

B

1671-7988(2018)20-66-02

U469.2

B

1671-7988(2018)20-66-02

U469.2

郭雷，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.023