基于Nastran的客戶關(guān)聯(lián)場(chǎng)景下某輕卡車(chē)架強(qiáng)度性能研究

吳靜 胡永然 吳衛(wèi)國(guó) 黃勤

摘 要：為獲得典型客戶關(guān)聯(lián)場(chǎng)景下某輕卡車(chē)架剛強(qiáng)度和疲勞性能，文章基于有限元法，對(duì)四種不同載質(zhì)量工況下三款車(chē)架進(jìn)行了CAE模態(tài)、剛度、極限強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度分析，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)場(chǎng)道路載荷譜采集和分析工作，分析結(jié)果表明，項(xiàng)目車(chē)架強(qiáng)度性能滿足典型工況下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能目標(biāo)要求，且最終路試考核驗(yàn)證通過(guò)。

關(guān)鍵詞：客戶關(guān)聯(lián);輕卡;車(chē)架;強(qiáng)度性能

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.32 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-92-03

Abstract： In order to obtain the stiffness， strength and fatigue performance of a light truck frame under typical customer related scenarios， in this paper， based on the finite element method， the CAE modal， stiffness， ultimate strength and fatigue strength of three frames under four different load conditions are analyzed， at the same time， the collection and analysis of road load spectrum are carried out， The analysis results show that the strength performance of the frame of the project meets the requirements of the structural strength performance under typical working conditions， and the final road test verification is passed.

Keywords： Customer scenario; Light Truck; Frame; Strength performance

CLC NO.： U463.32 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-92-03

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，商用車(chē)輕卡銷(xiāo)量也得到迅猛增長(zhǎng)。輕卡市場(chǎng)可細(xì)分為城市物流市場(chǎng)、市郊區(qū)物流市場(chǎng)、農(nóng)村貨運(yùn)市場(chǎng)等，而不同客戶關(guān)聯(lián)使用場(chǎng)景可大致分為1噸、2-3噸、4-6噸、6噸以上[1]。車(chē)架是輕卡底盤(pán)、動(dòng)力系統(tǒng)和車(chē)身系統(tǒng)各總成件的安裝基體，這些總成的質(zhì)量及其傳給車(chē)架的力和力矩，可能造成車(chē)架強(qiáng)度和疲勞破壞[2-3]。

本文基于有限元法，對(duì)四種不同載貨質(zhì)量工況（Payload0 T，3.4T，4.5T，6T）三款車(chē)架進(jìn)行了CAE模態(tài)、剛度、極限強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度分析，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)場(chǎng)道路載荷譜采集和分析工作，分析結(jié)果表明，項(xiàng)目車(chē)架強(qiáng)度性能滿足典型工況下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能目標(biāo)要求，且最終路試考核驗(yàn)證通過(guò)。

2 不同Payload使用場(chǎng)景下車(chē)架CAE分析

2.1 車(chē)架CAE模態(tài)分析

本文利用Hyperworks和Nastran軟件，對(duì)基礎(chǔ)車(chē)、項(xiàng)目車(chē)、競(jìng)品車(chē)共三款車(chē)型車(chē)架系統(tǒng)進(jìn)行了建模，網(wǎng)格大小8mm，車(chē)架材料為B510L，屈服強(qiáng)度431MPa。

本文對(duì)三款車(chē)架進(jìn)行自由模態(tài)分析，提取了前兩階模態(tài)，模態(tài)結(jié)果如表1，振型如圖2。

模態(tài)結(jié)果表明，三款車(chē)架模態(tài)性能基本相當(dāng)。

2.2 車(chē)架CAE剛度對(duì)比分析

本文對(duì)三款車(chē)架進(jìn)行彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)比分析，CAE分析結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明，競(jìng)品車(chē)車(chē)架彎曲扭轉(zhuǎn)剛度最小，項(xiàng)目車(chē)剛度性能較優(yōu)。

2.3 車(chē)架CAE強(qiáng)度對(duì)比分析

本文對(duì)三款車(chē)架進(jìn)行了典型極限工況強(qiáng)度對(duì)比分析，載荷來(lái)自Adams模型提取，模型采用慣性釋放法無(wú)約束，工況包括靜態(tài)工況、轉(zhuǎn)彎工況、輪胎上抬工況，結(jié)果表明，項(xiàng)目車(chē)車(chē)架強(qiáng)度性能優(yōu)于競(jìng)品車(chē)，且小于材料屈服強(qiáng)度，滿足目標(biāo)要求。

2.4 車(chē)架CAE疲勞強(qiáng)度對(duì)比分析

本文對(duì)三款車(chē)架進(jìn)行了四種不同Payload場(chǎng)景（Payload0 T/3.4T/4.5T/6T）車(chē)架疲勞強(qiáng)度對(duì)比分析，根據(jù)硬點(diǎn)的自由度施加對(duì)應(yīng)載荷，載荷來(lái)自道路譜載荷采集數(shù)據(jù)，分析結(jié)果表明，項(xiàng)目車(chē)架疲勞損傷值為0.52，要好于競(jìng)品車(chē)架疲勞損傷值0.69，滿足目標(biāo)要求。

3 車(chē)架道路譜采集及分析

3.1 車(chē)架道路譜采集

本文通過(guò)臺(tái)架標(biāo)定（圖5），建立了車(chē)架和車(chē)橋系統(tǒng)應(yīng)力和應(yīng)變標(biāo)定關(guān)系，并按照?qǐng)D所示，布置了M511-M528點(diǎn)加速度傳感器，按照表4試驗(yàn)工況，采集了襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)四種Payload載荷下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，得出其損失規(guī)律。

3.2 車(chē)架應(yīng)變測(cè)試分析

針對(duì)四種Payload（0/3.4T/4.5T/6T），獲得了不同payload場(chǎng)景下，三向F損傷比值，見(jiàn)表5。

由圖6可知，隨著裝載貨物質(zhì)量增大，即payload增大，輪心受力損傷呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且Fz>Fy>Fx，而由圖7可知，車(chē)架前端和車(chē)架后端損傷變化較小，車(chē)架中端90度方向測(cè)點(diǎn)隨著payload增大，變大趨勢(shì)明顯上浮。

4 結(jié)論

綜上，本文基于Nastran有限元軟件，對(duì)四種不同載貨質(zhì)量工況（Payload0T，3.4T，4.5T，6T）三款車(chē)架進(jìn)行了CAE模態(tài)、剛度、極限強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度分析，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)場(chǎng)道路載荷譜采集和分析工作，分析結(jié)果表明，項(xiàng)目車(chē)架強(qiáng)度性能滿足典型工況下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能目標(biāo)要求，且最終路試考核驗(yàn)證通過(guò)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬學(xué)文.東風(fēng)輕卡營(yíng)銷(xiāo)管理研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

[2] 王霄鋒.汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3] MITSCHKE M，WALLENTOWITZ H.Dynamik der kraftfahrzeuge [M].Berlin： Springer-Verlag，2004.