探討汽車副車架強度模態分析及結構優化

揭建爐 張強 周麗麗

【摘 要】隨著社會上經濟的發展汽車成為人們出行的必備交通工具，而汽車也在社會上變得越來越普及。現在就以轎車的副車架為研究的對象，在很多的軟件當中建立起來的模型模擬，然后對這些結構進行新型的分析，在進行分析的過程中采取的方法主要就是對強度和自由度進行的分析，在進行分析之后，得出的結果也說明了，汽車的副車架本身的強度是符合要求的，并且汽車的副車架跟發動機之間是有一定的聯系，針對這樣的問題也有相應的解決方法進行解決。

【關鍵詞】汽車的副車架的結構；強度化分析；拓撲結構優化

隨著人們經濟水平的提高，人們對于吃、穿、住、用、行等方面的要求也在不斷的提高，隨著科技的發展和技術水平的進步，大多數人對汽車的品牌、汽車的舒適度和安全性能還有一系列有關車方面的要求也變得越來越高，而在這其中汽車舒適度和安全性能這兩個方面是相互影響、相互制約的，汽車的副車架是現在大部分汽車底盤的最主要的承載件，使用的越來越普及，因為它在使用的過程中比較的頻繁，所以應該具有較好的強度和動態特性。目前，世界上的很多人認為，在使用頻率作為優化目標進行優化的過程中進行了很多方面的研究，而且在研究的過程中取得了很多的成果。在相關的書籍中曾經有過記載，在選擇使用輕型車車架的頻率來當作拓撲結構優化的主要目標，在這當中進行多部拓撲結構進行優化以此來得到副車架橫梁的最佳的拓撲結構。還有在相關的書籍中記載里，在對汽車的副車架進行頻率的拓撲結構的優化時，根據所得到的密度的圖紙進行相關數據方面的分析，他的分析出來的計算的結果和實驗的數值的數據一致，使得本來應該擁有的頻率得到應有的優化，這樣也就讓更多的人們對汽車的副車架有了更多的了解。

一、汽車的副車架在有限模型方面的建立

汽車的副車架在制作的過程中采用的原材料的形成過程是非常復雜的，在汽車的副車架和車架之間，應用四個軸向豎直的橡膠襯套相互連接在一起，縱臂上下擺臂，以及其他的后懸架零部件安裝在汽車的副車架上。

二、汽車的副車架的分析

（一）汽車的副車架的強度分析

在對汽車的副車架進行的強度的分析研究時，主要是對轎車的副車架進行的分析，了解轎車的副車架它的應用力情況以及它的承載特性。確定使用Brake工況、Bump工況和Cornering工況三種工況方法進行應力的分析。首先要建立整個轎車的多體動力學的模型，對整個轎車在給定工況的情況下進行分析。根據轎車的副車架在整個轎車中的裝備的情況下進行邊界框架的約束，轎車的副車架和車架之間有連接著襯套的四個中心孔表面來對他施加束縛，也就是讓它束縛在X、Y、Z三個方向水平移動的自由度，在對轎車的副車架有限元的模型上面施加關鍵點所在處的處載量，提交汽車的副車架的分析結果。汽車的副車架分析結果對于副車架的承載能力是非常強的，證明汽車的副車架符合安全使用的標準，可以根據這個標準去進行使用，這對于副車架的強度分析是有幫助的。

（二）汽車的副車架的自由模態的分析

轎車的副車架的模態的分析就可以反應出副車架結構的振動共性，可以避免在行駛的時候出現的一些外部激勵的頻率問題。對于汽車的副車架采用自由組合邊界的方法來進行模型的分析，較低階段的模型頻率對汽車的副車架的活動性特征的影響在這些條件里的影響大，即使是提取剛硬的模型以外的前六個階段的模型作為準備的用處，它的分析結果也就能夠說明，在第一階段主要是以主圓管繞Y軸彎曲的頻率最多，以此方法進行類推，一直到第六階。

三、汽車拓撲結構的優化設計工作

（一）副車架的理論

在眾多的理論中拓撲結構優化是解決結構材料的主要方法，他能夠對材料在空缺或者是多余的情況下發現問題，拓撲結構的解決問題的思路是用人們通常使用的方法引入一種可以進行假想的可以改變的材料，在實行優化的過程中，以材料的當作實在設計過程里的變量，把拓撲結構優化的問題進行轉變想象，轉變為與材料分布有關的問題。在拓撲結構優化中改變密度的方式是最常使用的方法。在對拓撲結構進行調整的過程中，每一個方面都對應著一個應該進行調整的數據，通過對這些需要調整的數據的不斷地改變，自己能夠留下和扔掉方面進行不斷的調整，使得在密度值在空白和實際生活中的問題之間的分布情況，也為了能夠拓撲結構的調整有連續的數據變量能夠以更好的方法逼近性改變變量的調整模型，是采用的拓撲結構調整中的變密度的方法。為了能夠使得汽車的副車架的模型特性得到更好的發展，把第一階段的最大頻率值作為目標，在實行調整的過程中，由于拓撲結構材料問題的分布，當汽車的副車架的第一階段的頻率達到最大的時候，其他的各個階段的數值和振動的頻率也會隨著第一階段的改變而發生相應的改變。這就會引起模型震動現象的發生，這樣就會干擾到模型在得到結果的過程中發生相應的改變，也就是側面的影響到了優化過程中的收斂性和穩定性的發生。

（二）在實行優化后的結果分析

在對OptiStruct中的優化求解的現象中，在實驗中目標函數經過了八次的反復計算以后收斂，在實驗中顯示計算成功以后，就可以把計算的結果輸入到HyperView當中去，可以在其中直接查看各種圖形。汽車的副車架的密度云圖得到整個的優化之后，應該去留的部分就會充分的顯現出來，而且想要進行修改也會變得容易很多。經過試驗、計算后的結果都得到了滿意的結果，也在應該進行修改的地方進行應有標記，這也就使得試驗具有一定的完整性。

（三）副車架的車架試驗與改進

副車架的臺架實驗采用的是雙通道的疲勞耐久性的綜合實驗的方法，按照汽車的副車架的受力點制定一定的疲勞試驗的規范。進行實驗分析以后把實驗的結果和有限元分析得出來的結果進行分析比對，以發現在實驗的過程中開裂的位置和有限元分析出來的結果是否吻合的較好。分析產生裂痕的主要原因，就是汽車副車架結構存在應用力集中的缺點。因為上面產生的原因要進行副車架的局部更改，一是更改副車架的開裂處的下片結構，把副車架的開裂處進行翻邊的延長。二是調整這個地方的焊接人員的焊接走向，來提高焊接的質量來進行調整。

四、結論

我們使用的是以轎車的副車架為主要的研究對象，以HyperWorks軟件為基礎，對轎車的副車架的模型進行了有限元的分析，在分析中的結果說明了，一是轎車的副車架一階模態頻率和副車架發動機急診頻率比較的接近，所以就有可能會產生共同產生震動的現象發生。二是為了能夠讓汽車的副車架不發生共同的震動的現象，使用副車架在使用時的平均使用次數作為目標，讓汽車的副車架開始拓撲結構方面的調整，根據拓撲結構調整現象得到的圖紙當中對副車架的模型進行修改工作，能夠更好的進行下去。

結束語

我國的經濟在世界上處于高速發展的階段，人們的汽車的需求量也是特別的巨大的，所以我國無論是在汽車零部件的生產還是從國外的進口過程中都應該做到有效的監控，這篇文章主要是針對汽車的副車架展開的一系列的論述，經過試驗、分析計算以后得到恰當的結果和方案，相信在以后的汽車的副車架研究方面可以有一定的貢獻。

參考文獻：

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[2]蔡加加，王東方.車輪定位參數對操作穩定性的影響研究.機械設計與制造，2014年4月

[3]李錦，蘇小平.轎車的副車架的輕量化設計.南京工業大學學報：自然科學版，2013年

（作者單位：漢騰汽車有限公司）