基于CAE 商用車車架彎曲剛度的提升

陳海彬

摘 要：文章利用有限元分析軟件Msc.nastran對商用車車架彎曲剛度進行了反復(fù)的模擬計算，針對分析結(jié)果的不足提出進一步的設(shè)計優(yōu)化方案;為車架優(yōu)化的設(shè)計提供方向。

關(guān)鍵詞：商用車;彎曲剛度;模擬計算

中圖分類號：U462.1 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-99-03

Abstract： The Article Simulated the bending stiffness of commercial vehicle frame repeatedly by MSC nastran. And then optimized structure to meet the target. So proposals will be adopted by product engineer.

Keywords： Commercial vehicles; Bending stiffness; Simulation calculation

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-99-03

1 前言

隨著全球經(jīng)濟化發(fā)展.環(huán)保.節(jié)能及被動安全性等問題的提出，在汽車新車型的開發(fā)過程中對車身的結(jié)構(gòu)性能要求越來越高，而車架作為商用車的主要承載系統(tǒng)，其彎曲剛度是其開發(fā)過程中首要考慮的重要指標(biāo)。車架的彎曲剛度是其結(jié)構(gòu)反映出的載荷與變形之間關(guān)系的特性。車架的彎曲剛度不足，會引起整車滿載狀態(tài)下，車架變形過大;會使乘員感覺到不舒適，帶來噪音和部件的疲勞損害。這些問題會直接或間接的影響商用車的耐久性，NVH性能以及安全性能。

2 車架有限元分析

2.1 商用車車架介紹

車架是非承載式車身安裝動力總成、底盤系統(tǒng)的主要承載結(jié)構(gòu);主要由縱梁和橫梁組成。用鉚接法或者焊接法將縱梁與橫梁連接成堅固的剛性結(jié)構(gòu)。縱梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面形狀為槽型。橫梁不僅用來保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和承受縱向載荷，而且還可以支撐汽車上的主要部件，通常載貨車有5～6根橫梁，有時會更多;本次改進的車架有6根橫梁。

2.2 有限元的建立及說明

通使用有限元前處理軟件（如hypermesh）對車架進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格以四邊形單元為主。網(wǎng)格基本尺寸為10mm，網(wǎng)格質(zhì)量符合表1要求：

2.3 車架約束和加載方法

2.3.1 約束方法

（1）約束車架前懸左、右彈簧座安裝點Y、Z兩個方向的平動自由度。

（2）約束車架后懸左、右彈簧座安裝點X、Y、Z三個方向平動自由度。

注：若懸架采用的是板簧結(jié)構(gòu)，約束點為每側(cè)鋼板彈簧兩個安裝點中間位置對應(yīng)的縱梁處;

若減震彈簧安裝在副車架結(jié)構(gòu)上，計算模型需要帶上副車架。

2.3.2 加載點

前后約束點中間位置沿Z向形成的平面與副車架上表面交線的中點。

2.3.3 載荷

左、右兩個加載點沿整車-Z向各施加1000N的力。

2.3.4 測點

兩側(cè)縱梁外邊緣plot上Z向最大位移點處所對應(yīng)的縱梁下表面中點。

2.3.5 評價方法

（1）彎曲剛度值。

（2）剛度變形曲線。

2.4 車架彎曲剛度計算結(jié)果及分析

計算完成，左右大梁變形結(jié)果分別為0.634mm、0.635 mm。

3 車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化方案

根據(jù)對標(biāo)車型的車架的值以及經(jīng)驗可以知道基礎(chǔ)的彎曲剛度存在大變形風(fēng)險，所以針對如何改進車架彎曲提出如下相應(yīng)改進方案。

增加第四橫梁的主要原因在于加載點位置在第三橫梁與第五橫梁中間區(qū)域，且第三橫梁與第五橫梁之間長度很大且無任何橫梁搭接支撐。

在考慮性能的基礎(chǔ)上同時兼顧輕量化需求，在第一橫梁上增加減重孔。

基礎(chǔ)版第三橫梁的結(jié)構(gòu)容易在劇烈沖擊下形式鈑金壓潰，所以針對孔位置進行調(diào)整，將孔調(diào)整到鈑金中心位置處。

考慮性能的基礎(chǔ)上同時兼顧輕量化需求，在第五橫梁上增加減重孔。

考慮性能的基礎(chǔ)上同時兼顧輕量化需求，在第六橫梁上增加減重孔。

考慮性能的基礎(chǔ)上同時兼顧輕量化需求，在第七橫梁上增加減重孔。

綜上，所有方案實施，車架總質(zhì)量下降13KG。

3.2 優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化之后，彎曲剛度結(jié)果為3891N/mm，提升了746N/ mm;對標(biāo)行業(yè)同樣的車型車架，彎曲剛度能達到中上水平，滿足性能要求。

4 結(jié)論

商用車車架彎曲剛度優(yōu)化是結(jié)構(gòu)分析的重要內(nèi)容之一。它可以使商用車的各個位置承載能力趨于協(xié)調(diào)，同時提高優(yōu)化目標(biāo)值。本文結(jié)合有限元軟件的計算與分析，對車架進行一系列的結(jié)構(gòu)改進。通過不斷地優(yōu)化，不僅很好地解決了由

于車架彎曲剛度不足引起的嚴(yán)重變形問題，提高了優(yōu)化的目標(biāo)。且在滿足彎曲剛度的同時減重13kg;并擁有提高彎曲剛度的優(yōu)化方案，為車架的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化提供了非常有價值的參考建議及方向。

參考文獻

[1] 龍述堯.有限元法實用教程.[M]長沙：湖南大學(xué)出版社，2004.

[2] 張義民.汽車零部件可靠性設(shè)計.[M]北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

[3] 王秉剛.汽車可靠性工程方法.[M]北京：機械工業(yè)出版社，1991.