基于ABAQUS的某商用車后橋系統強度耐久性能仿真研究

劉海華，楊神林，陳明亮，黃勤

（江西五十鈴汽車有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330010）

1 引言

隨著國家經濟復蘇快速發展，商用車銷量得到迅猛增長，由于其經濟性和便利性，已經成為運輸貨物的必然選擇[1]。汽車后橋系統，作為整車行駛系統中重要組成部分，其既是商用車主要傳力部件，也是重要承載部件，需要在動靜載荷作用下具備足夠的強度和耐久疲勞性能[2-3]，因此研究商用車后橋系統強度耐久性能具有重要的經濟和社會價值。

本文基于有限元法，采用 ABAQUS軟件，對某商用車后橋系統進行了 CAE強度分析，超載 30%工況強度分析、扭轉耐久、垂直彎曲耐久、轉彎彎曲臺架三工況CAE疲勞耐久分析，分析結果顯示，后橋系統強度和耐久性能滿足設計目標，同時耐久試驗通過。

2 后橋系統CAE強度分析

2.1 后橋系統有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對某商用車后橋系統進行建模，網格尺寸大小5mm，橋殼材料為B510L，后橋系統重量為80kg，FEA模型如圖1所示。

2.2 后橋系統強度分析

經Hypermesh建模后，采用Abaqus軟件對后橋系統進行強度分析，其中，貨箱質量按照設計目標設定為 480kg，采用慣性釋放無約束，選擇靜態工況、輪胎上抬工況、制動工況、轉彎工況等四個典型工況，后橋載荷來自于Adams整車傳遞分解出來的載荷，見表1。

圖1 后橋系統FEA模型

表1 后橋系統加載載荷數據表

本文采用 ABAQUS軟件，基于上述四工況，分析結果如圖 2所示，最大應力為 407MPa，小于材料屈服強度485MPa，滿足設計目標要求。

圖2 后橋系統強度分析結果

3 后橋系統超載場景CAE強度分析

本文根據目標客戶特定要求，考慮30%超載極限場景，載荷來自Adams分析，如表2。

表2 后橋系統超載工況加載載荷數據表

超載工況分析結果如圖 3所示，最大應力增大至426MPa，但仍小于材料屈服強度485MPa，表明此商用車后橋系統具備超載極限工況承載性能。

圖3 后橋系統超載工況強度分析結果

4 后橋系統CAE臺架疲勞分析

后橋系統不但要滿足極限強度目標性能要求，同時也需要保證必要的疲勞耐久性能。本文對后橋系統進行了多工況臺架疲勞分析研究。

4.1 后橋系統扭轉耐久CAE分析

本文對后橋系統橋殼法蘭位置全約束，按照圖4（a）所示，對后橋系統進行來回往復循環疲勞分析，扭矩 T=5000 Nm，目標壽命10000次，CAE分析結果如圖4（b），后橋壽命為1E30次，遠超過目標期望壽命的要求。

圖4 后橋系統扭轉臺架疲勞分析結果

4.2 后橋系統垂直彎曲耐久CAE分析

本文利用慣性釋放，按照圖5（a）所示，對后橋系統加載P=0.2g-2.3g來回往復加載，目標壽命300000次，CAE分析結果如圖5（b），后橋在垂直彎曲工況下，壽命為1.1E30次，滿足目標要求。

圖5 后橋系統垂直彎曲臺架疲勞分析結果

4.3 后橋系統轉彎彎曲耐久CAE分析

本文利用慣性釋放，按照圖6（a）所示，對后車輪加載P正負0.6g來回往復加載，目標壽命300000次，CAE分析結果如圖6（b），后橋在轉彎工況下，壽命為336062次，滿足設計目標要求。

圖6 后橋系統轉彎彎曲臺架疲勞分析結果

5 結論

本文基于有限元法，采用 ABAQUS軟件，對某商用車后橋系統進行了 CAE強度分析，超載 30%工況強度分析、扭轉耐久、垂直彎曲耐久、轉彎彎曲耐久等四工況CAE疲勞耐久分析，分析結果顯示，后橋系統強度和耐久性能滿足設計目標。