基于ABAQUS的某商用車(chē)后橋系統(tǒng)強(qiáng)度耐久性能仿真研究

劉海華，楊神林，陳明亮，黃勤

（江西五十鈴汽車(chē)有限公司 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330010）

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇快速發(fā)展，商用車(chē)銷(xiāo)量得到迅猛增長(zhǎng)，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運(yùn)輸貨物的必然選擇[1]。汽車(chē)后橋系統(tǒng)，作為整車(chē)行駛系統(tǒng)中重要組成部分，其既是商用車(chē)主要傳力部件，也是重要承載部件，需要在動(dòng)靜載荷作用下具備足夠的強(qiáng)度和耐久疲勞性能[2-3]，因此研究商用車(chē)后橋系統(tǒng)強(qiáng)度耐久性能具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文基于有限元法，采用 ABAQUS軟件，對(duì)某商用車(chē)后橋系統(tǒng)進(jìn)行了 CAE強(qiáng)度分析，超載 30%工況強(qiáng)度分析、扭轉(zhuǎn)耐久、垂直彎曲耐久、轉(zhuǎn)彎彎曲臺(tái)架三工況CAE疲勞耐久分析，分析結(jié)果顯示，后橋系統(tǒng)強(qiáng)度和耐久性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)耐久試驗(yàn)通過(guò)。

2 后橋系統(tǒng)CAE強(qiáng)度分析

2.1 后橋系統(tǒng)有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對(duì)某商用車(chē)后橋系統(tǒng)進(jìn)行建模，網(wǎng)格尺寸大小5mm，橋殼材料為B510L，后橋系統(tǒng)重量為80kg，F(xiàn)EA模型如圖1所示。

2.2 后橋系統(tǒng)強(qiáng)度分析

經(jīng)Hypermesh建模后，采用Abaqus軟件對(duì)后橋系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度分析，其中，貨箱質(zhì)量按照設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定為 480kg，采用慣性釋放無(wú)約束，選擇靜態(tài)工況、輪胎上抬工況、制動(dòng)工況、轉(zhuǎn)彎工況等四個(gè)典型工況，后橋載荷來(lái)自于Adams整車(chē)傳遞分解出來(lái)的載荷，見(jiàn)表1。

圖1 后橋系統(tǒng)FEA模型

表1 后橋系統(tǒng)加載載荷數(shù)據(jù)表

本文采用 ABAQUS軟件，基于上述四工況，分析結(jié)果如圖 2所示，最大應(yīng)力為 407MPa，小于材料屈服強(qiáng)度485MPa，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

圖2 后橋系統(tǒng)強(qiáng)度分析結(jié)果

3 后橋系統(tǒng)超載場(chǎng)景CAE強(qiáng)度分析

本文根據(jù)目標(biāo)客戶特定要求，考慮30%超載極限場(chǎng)景，載荷來(lái)自Adams分析，如表2。

表2 后橋系統(tǒng)超載工況加載載荷數(shù)據(jù)表

超載工況分析結(jié)果如圖 3所示，最大應(yīng)力增大至426MPa，但仍小于材料屈服強(qiáng)度485MPa，表明此商用車(chē)后橋系統(tǒng)具備超載極限工況承載性能。

圖3 后橋系統(tǒng)超載工況強(qiáng)度分析結(jié)果

4 后橋系統(tǒng)CAE臺(tái)架疲勞分析

后橋系統(tǒng)不但要滿足極限強(qiáng)度目標(biāo)性能要求，同時(shí)也需要保證必要的疲勞耐久性能。本文對(duì)后橋系統(tǒng)進(jìn)行了多工況臺(tái)架疲勞分析研究。

4.1 后橋系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)耐久CAE分析

本文對(duì)后橋系統(tǒng)橋殼法蘭位置全約束，按照?qǐng)D4（a）所示，對(duì)后橋系統(tǒng)進(jìn)行來(lái)回往復(fù)循環(huán)疲勞分析，扭矩 T=5000 Nm，目標(biāo)壽命10000次，CAE分析結(jié)果如圖4（b），后橋壽命為1E30次，遠(yuǎn)超過(guò)目標(biāo)期望壽命的要求。

圖4 后橋系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)臺(tái)架疲勞分析結(jié)果

4.2 后橋系統(tǒng)垂直彎曲耐久CAE分析

本文利用慣性釋放，按照?qǐng)D5（a）所示，對(duì)后橋系統(tǒng)加載P=0.2g-2.3g來(lái)回往復(fù)加載，目標(biāo)壽命300000次，CAE分析結(jié)果如圖5（b），后橋在垂直彎曲工況下，壽命為1.1E30次，滿足目標(biāo)要求。

圖5 后橋系統(tǒng)垂直彎曲臺(tái)架疲勞分析結(jié)果

4.3 后橋系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎彎曲耐久CAE分析

本文利用慣性釋放，按照?qǐng)D6（a）所示，對(duì)后車(chē)輪加載P正負(fù)0.6g來(lái)回往復(fù)加載，目標(biāo)壽命300000次，CAE分析結(jié)果如圖6（b），后橋在轉(zhuǎn)彎工況下，壽命為336062次，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

圖6 后橋系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎彎曲臺(tái)架疲勞分析結(jié)果

5 結(jié)論

本文基于有限元法，采用 ABAQUS軟件，對(duì)某商用車(chē)后橋系統(tǒng)進(jìn)行了 CAE強(qiáng)度分析，超載 30%工況強(qiáng)度分析、扭轉(zhuǎn)耐久、垂直彎曲耐久、轉(zhuǎn)彎彎曲耐久等四工況CAE疲勞耐久分析，分析結(jié)果顯示，后橋系統(tǒng)強(qiáng)度和耐久性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。