基于Hyperworks的某SUV前副車架強度疲勞性能優化研究

胡永然 吳靜 黃勤

摘 要：前副車架是SUV底盤關鍵承載部件，對整車性能有重要影響，文章針對某SUV車型前副車架進行了極限強度和臺架疲勞工況CAE分析和研究，然后進行了臺架剛度測試和強度工況測試，CAE分析和臺架試驗結果表明，此SUV前副車架剛強度和抗疲勞性能滿足目標要求。

關鍵詞：前副車架;疲勞強度;性能優化

中圖分類號：U462.1 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）16-33-03

Abstract： The front subframe is the key load-bearing part of the SUV chassis， which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper， the CAE analysis and Research on the ultimate strength and fatigue condition of the front subframe of an SUV are carried out， then， the stiffness test and strength test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the rigidity， strength and fatigue resistance of the SUV front subframe meet the target requirements.

Keywords： Radiator Bracket; Fatigue Strength; Bench Test

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）16-33-03

1 引言

隨著國家經濟高速發展，人民的生活水平日益提高，乘用車尤其SUV銷量也得到快速發展，與此同時，人們對于SUV的舒適性要求也越來越高。副車架作為SUV車型底盤關鍵承載件，對整車操穩性、舒適性的影響至關重要，其使用也越來越廣泛，為轉向機、下擺臂、穩定桿等部件提供了定位基準和安裝位置[1]。同時，前副車架將各種懸架元件連接起來，構成了總成部件，提高了懸掛系統的通用性，并為各大主機廠平臺通用性提供了良好基礎[2]。

本文研究源于某新平臺SUV需開發前副車架，需確保其結構剛強度和疲勞性能滿足設計目標要求，通過有限元方法分析方法手段，基于Hyperworks及Ncode軟件，對某城市型SUV前副車架進行了極限強度和臺架工況疲勞CAE分析，同時結合臺架試驗，進行了前副車架剛度測試和臺架強度試驗，CAE分析結果和臺架測試結果表明此車型前副車架剛強度性能及抗疲勞性能滿足目標，對該SUV車型底盤性能提供了重要的設計參考和風險把控，最終通過了路試考核。

2 前副車架CAE強度分析

2.1 前副車架FEA模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某SUV前副車架進行了建模，網格大小為5mm，對應材料為SAPH440和QSTE 420TM，有限元模型如圖1所示。

2.2 前副車架CAE極限強度分析

本文分析前副車架極限強度工況為：靜態工況，轉彎工況，轉彎制動工況，輪胎上抬工況，采用慣性釋放法進行強度計算，模型無約束，輸入載荷為ADAMS計算輸出的結果。

前副車架極限強度分析結果如圖2所示。

根據設計DVP工況進行的前副車架強度分析結果表明（圖2）最大應力出現在轉彎工況，最大應力為455.3MPa，但小于材料QSTE420TM屈服強度480MPa，滿足設計要求，強度分析匯總結果如表1所示。

2.3 前副車架臺架疲勞CAE分析

本文對前副車架進行了臺架疲勞CAE分析，工況為：Case1為Bracket Load X向加載1g，循壞次數25000次， CAE疲勞分析結果如圖3所示，評價標準為損傷值小于0.1，CAE疲勞分析結果表明Case1前副車架最大疲勞損傷值為0.014，小于目標值，滿足設計要求。

3 前副車架臺架試驗測試分析

3.1 前副車架臺架剛度試驗分析

臺架試驗是通過科學方法重現試驗場載荷激勵，同時適當加強，以實現關鍵零部件或整車的強度和抵抗疲勞性能摸底和評價，良好的臺架試驗，可降低研發費用，縮短開發周期[3]。

本文對前副車架進行了臺架剛度測試，如圖4所示。剛度試驗邊界條件為：副車架上擺臂前襯套支座（N1點）Y向8KN～-8KN，加載速度0.5KN/步，副車架上擺臂后襯套支座（N2點）Y向8KN～-8KN，加載速度0.5KN/步，評價標準為N1和N2點剛度>5KN/mm。

按照上述試驗邊界條件進行剛度測試后，得到如下圖5的N1和N2剛度試驗結果，經擬合得出N1點剛度為22.5KN/mm，N2點剛度為15KN/mm，滿足目標要求。

3.2 前副車架臺架強度試驗分析

本文對前副車架進行了擺臂連接點X和Y向臺架強度試驗，試驗條件為：副車架前懸下擺臂（N3點）X和Y向分別加載16KN，加載速度為0.5KN/步，如果零件未失效，加載至1.6倍目標力值，評價標準為副車架無裂紋。擺臂連接點X向、Y向強度試驗作動缸力與位移曲線如圖6 所示，試驗完成后，檢查未發現裂紋及塑性變形，滿足目標要求。

4 結論

本文基于Hyperworks和Ncode有限元仿真分析軟件，對某城市型SUV前副車架進行了極限強度和臺架工況疲勞CAE分析，同時結合臺架試驗，進行了前副車架剛度測試和臺架強度試驗。CAE分析和臺架測試試驗結果表明，此車型前副車架剛強度性能及抗疲勞性能滿足目標，最終通過了路試考核。

參考文獻

[1] 楊蘭，楊勇等.基于臺架和道路試驗驗證的前副車架性能優化[J].設計研究，2017，2（1）：22-25.

[2] 袁上海，趙俊.基于Nastran的汽車前副車架靜動態特性分析 [J] 內燃機與配件1994，13（1）：71-72.

[3] 許江濤，郭瑞霞.海基于虛擬技術某轎車前副車架疲勞試驗的優化 [J]南京工業職業技術學院學報，2018，4（1）：1-5.