某SUV前懸架支座面板強度分析與結構優化研究

趙 峻，薛東巖

（通化市農業機械化技術推廣中心，吉林 通化 134000）

1 四種極限工況強度試驗

針對一些具體問題，對某SUV汽車車白車身做扭轉工況、轉向制動工況、對角離地工況和單側車輪過凸包工況等四種極限工況下的強度分析測試。測試結果表明，四種工況下的最高應力都出現在前懸架安裝支座面板處，且四種工況下的最大應力值都超過該處材料的屈服極限，這主要是因為這個部位易發生扭轉，并且安裝支架受力非常大，此外面板厚度較薄，在以后結構設計過程中可以增加材料的厚度來減小應力或者改換屈服極限較大的材料，也可以嘗試優化支座面板的形狀或結構。

2 前懸架減震器安裝處支座面板的優化方案

由前面整車強度分析可以得出，前懸架減震器支座面板在四種極限工況下的應力很大。減震器支座面板這類承載部件，需要著重分析他的受力情況，對它做強度分析校核，為加強其強度可以選擇更換支座面板的材料、調整零件厚度、或者修改其結構形狀等方式，使零部件能滿足各種極限工況的強度要求[1]，本文中采用有限元的優化方法優化支座面板的結構形狀。在不影響分析結果的條件下，可以單獨對前懸架減震器支座面板建立有限元模型，這樣可以節省很多的優化求解時間。對欲施加加強筋的區域網格細化，這樣可以減小求解時的誤差。進行形貌優化需要經過如下四個步驟。

1）定義形貌優化區域。在形貌優化中，因為網格節點變形引起了起筋和未起筋區域的的變化，就導致這兩個區域間網格形狀的較大變化，從而就容易引起網格的畸變情況，所以為了不發生由質量太差的網格所引起的計算不能收斂的的情況，就要預防這個區域中節點的自動變化。我們也可以使用網格細化的方法去對所需要的的區域添加加強筋，進行區域性的網格細化。

2）定義加強筋的參數。起肋的最大角度為65°，最小寬度設為4.0 mm，加強筋的最大高度為3.5 mm，并且設定節點上下限位移。

3）定義形貌優化響應和計算工況。定義前懸架減震器支座面板的應力為響應，最小值為目標函數[2]。由前面分析可知轉向制動況下前懸架減震器支座面板應力最大，所以設置轉向制動工況為計算工況，減震器支座左安裝點單側車輪凸包工況載荷如表1所示，載荷方向遵循整車坐標系，其中 Fx、Fy、Fz、分別表示沿 x、y、z方向的力，Tx、Ty、Tz分別表示繞 x、y、z方向的力矩。

表1 該車前懸架減震器支座左安裝點單側車輪過凸包工況載荷

4）計算。由計算機自動分析計算形貌優化，Optistruct依據給定的目標函數和約束條件，經過多次迭代，一直到計算求解出符合目標函數和約束條件的最優解為止[1]。

3 對優化后的前懸架減震器支座面板做強度仿真分析驗證

對優化后的減震器支座面板的CAD模型做強度分析，優化前后減震器支座面板最大應力對比如表2所示。

表2 前懸架減震器支座面板優化前后最大應力對比表

通過分析支座面板優化前后的應力結果得出：四種工況下，優化后的前懸架減震器支座面板的應力值明顯減少，并且在四種惡劣的極限工況下都滿足強度要求。

該方案已經提交到某汽車制造有限公司設計部門，并且通過設計部門審核。改進后的前懸架減震器面板現已投入生產，在完成本論文后，還將繼續關注后續的工作。

4 結論

從結構優化設計的內容、結構優化的數學模型和OptiStruct的迭代算法三個角度描述了結構優化的方法；采用形貌優化設計的方法對前懸架減震器支座面板進行了優化，提出了優化后的前懸架減震器支座面板的三維CAD模型的方案；對提出的優化方案利用FE方法做強度仿真分析，經過分析發現，優化后的前懸架減震器支座面板在四種極限工況下的應力值遠遠小于該部件材料的屈服極限，滿足汽車在實際使用中的要求。