汽車懸架支架的結構分析及仿真

張展 劉志漢

摘 要：針對某種卡車懸架支架的載荷作用情況，從靜態(tài)和動態(tài)兩方面進行分析處理，評估其力學性能和安全性能。首先，基于UG軟件建立懸架支架的參數(shù)化模型，導入Ansys中進行分析，兩者的Parasolid核心保證了模型的完整和不失真;其次，基于力學原理和數(shù)值分析方法對模型進行靜力學和動力學分析及仿真，真實再現(xiàn)了懸架支架的工作環(huán)境。研究結果表明，此方法明顯節(jié)約了時間和減少了工作量（尤其對復雜龐大的零部件的建模分析），同時為整車分析和復雜結構的有限元分析提供了必要的參數(shù)和依據(jù)。

關鍵詞：懸架支架;參數(shù)化建模;Ansys;模態(tài)分析

有限元法是目前廣泛使用的一種現(xiàn)代計算方法。其思路是：結構離散一單元分析一整體求解。經(jīng)過近50年的發(fā)展，有限元法的理論日趨完善，廣泛地應用于各行各業(yè)，Ansys軟件代表了最先進的CAE整合技術，可用它進行所有行業(yè)的幾乎任何類型的有限元分析。懸架支架是汽車上的主要連接和承載構件，承擔了大部分的連接和承載任務，同時也承受巨大的載荷和周期性應力。目前對懸架系統(tǒng)進行仿真分析的研究較多，在這里根據(jù)實際情況，只對某汽車制造廠新研制的一種卡車懸架支架進行評估，以確定其可靠性。筆者用UG軟件建立前懸架支架的三維實體模型，利用Ansys軟件進行靜力學分析和模態(tài)分析，確定其應力應變分布情況和5階固有頻率及振型;用Adams軟件仿真懸架在具體路面上的升降過程，得到升降過程懸架支架的受力范圍;基于Ansys軟件進行支架的諧響應分析，觀察其在持續(xù)的周期載荷收作用下的周期響應。

1 實體參數(shù)化建模與導入

1.1 建立實體模型

為保證模型順利導入Ansys進行有限元計算，采用UG這一大型建模軟件建立模型，其具有很高的精度和可靠性。同時建模過程中注意一些技巧：避免使用旋轉特征工具，避免面與面特征之間有尖銳的倒角過渡，抑制對實際問題研究沒有影響的特征，從而減少模型的特征數(shù)，達到降低網(wǎng)格單元數(shù)和縮短計算時間的目的。

1.2 模型轉換

模型的轉換有很多種方式。一般情況下習慣用Iges格式，但由于用Iges導入Ansys時。會發(fā)生實體模型數(shù)據(jù)丟失的情況。例如，部分實體無法顯示，產(chǎn)生了多余的點、線等問題。由于兩種軟件屬同一廠家所開發(fā)且具有相同的Parasolid核心，選用Parasolid格式導入Ansys或直接導入Part文件，則可避免此類情況的發(fā)生。筆者采用Part文件導入，導入模型見圖1（a）。

1.3 模態(tài)分析

模態(tài)分析是確定復雜結構震動形態(tài)和薄弱環(huán)節(jié)的有效手段。通過模態(tài)分析可獲得結構較完整的固有頻率、振型和振型參與系數(shù)，固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結構設計中的重要參數(shù)。采用最接近懸架支架實際工作條件的約束條件，選取Block Lanc ZOS模態(tài)提取法，提取模態(tài)數(shù)為5，獲得了5階固有頻率以及響應的5種振型，除第5階振型外都表現(xiàn)為兩支耳1、2的擺動（見表1）。一般來講，由路面不平引起的汽車震動，再由板簧傳遞給支架，頻率范圍為0.5～25Hz，低于支架的基頻37.294Hz。很明顯，它并不會引起支架的共振?？梢哉J為，實際中支架的剛性比較大，不會在外部頻率的激勵下出現(xiàn)不良反應。

2 結論

通過靜力學分析可知，在支架襯板和兩支耳連接的地方應力比較集中，但此類貨車在目前載荷作用下足以滿足使用要求，作用載荷能夠引起的位移也是微量的。在周期載荷的作用下，應力明顯增大，說明動載荷對支架的影響不可忽視。利用幾種軟件的結合使用，分析了零部件從靜態(tài)到動態(tài)的整個過程，非常接近零部件的實際工作情況，分析結果為此類零部件的結構設計、改進以及日常的維修保養(yǎng)提供了依據(jù)。