基于Ncode的某SUV后轉向節強度疲勞性能仿真和試驗研究

李文凱，黃勤，陳明亮

基于Ncode的某SUV后轉向節強度疲勞性能仿真和試驗研究

李文凱，黃勤，陳明亮

（江西五十鈴汽車有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330010）

后轉向節是SUV車型底盤系統的關鍵承載部件，對整車性能有重要影響，文章針對某SUV后轉向節進行了強度和疲勞CAE分析，然后進行了臺架剛度測試和強度與疲勞測試，CAE分析和臺架試驗結果表明，某SUV車型后轉向節零件的力學性能滿足目標要求。

前轉向節；強度；疲勞

1 引言

隨著國民經濟高速發展，人民的物質生活水平日益提高，以SUV為典型代表的乘用車銷量也得到迅猛攀升，同時國人對于SUV的舒適性要求也越來越嚴。汽車后轉向節作為底盤系統關鍵零部件，起到承受各種沖擊和傳遞載荷和轉向的雙重重要作用，同時將懸架、制動器和轉向系統有效的連接，對底盤系統綜合性能發揮起到重要作用[1-4]，故開展后轉向節強度疲勞耐久性能具有重要的經濟價值和社會意義。

本文研究基于某正向開發新型SUV車型，需新開發后轉向節部件系統，為確保該結構強度和耐久疲勞力學性能滿足目標要求，通過采用Ncode軟件，對某城市運動版SUV后轉向節進行了結構強度和疲勞耐久CAE分析，同步進行了該SUV車型后轉向節剛度測試和臺架強度試驗，CAE分析結果和臺架試驗結果顯示，此運動版SUV車型后轉向節結構剛強度性能及疲勞耐久性能滿足目標。

2 后轉向節CAE分析

2.1 后轉向節有限元模型

本文在Hyperworks軟件中，對某運動版SUV后轉向節進行了有限元建模，實體網格大小為4mm，對應材料為AL-6082，其對應屈服強度為300MPa，如圖1。

圖1 某運動版SUV后轉向節 FEA模型

2.2 后轉向節CAE結構強度分析

本文為校核某城市版SUV結構強度性能，本文開展了該后轉向節CAE強度，工況分別為輪胎上抬工況，整車扭轉工況，整車制動工況，整車緊急轉彎工況，模型采用慣性釋放法無約束，載荷邊界為ADAMS運算得到的激勵。該后轉向節部件的強度分析結果如圖2。

根據汽車設計DVP規范進行的某運動型SUV車型后轉向節強度分析結果顯示，該部件最大應力出現在緊急轉彎工況，最大平均應力為256.1MPa，小于材料屈服強度300MPa，滿足目標，匯總結果如表1所示。

表1 前轉向節強度分析結果表

2.3 后轉向節臺架疲勞CAE分析

圖3 后轉向節臺架CAE疲勞分析結果

本文對某款運動版SUV車型的后轉向節進行了臺架場景下的疲勞CAE分析，根據耐久試驗規范，工況一為Bracket Load X向加載1g，循環次數30000次，工況二為Lateral Load Y向加載1g，循環次數為32000次，疲勞強度評價標準：零部件損傷值小于1，分析結果表明，后轉向節疲勞損傷峰值分別為0.16和0.19，滿足設計目標。

3 后轉向節臺架試驗分析

3.1 后轉向節臺架剛度試驗分析

臺架試驗是整車結構設計中一個重要的驗證方法，通過再現道路試驗場載荷激勵，以實現底盤系統關鍵零部件或整車的強度和疲勞耐久性能評估驗證，可降低汽車產品的研發費用，縮短整車開發周期[5]。

本文對某城市版SUV車型的后轉向節進行了臺架剛度對標測試，如圖4。試驗邊界條件為：將后轉向節三個安裝孔固定，在軸心處施加載荷，如圖5，記錄不同載荷下，轉向節位移，如表2所示，測得平均剛度為0.066Deg/KN，滿足目標小于0.11Deg/KN。

圖4 后轉向節臺架剛度試驗

表2 后轉向節剛度試驗結果

3.2 后轉向節臺架強度試驗分析

本文對后轉向節進行了臺架強度測試，如圖5所示，施力點力臂長335mm，載荷逐步增加，當F增大至10KN時，檢查試件損傷情況，接受標準未損壞，無裂紋。

圖5 后轉向節強度試驗

本文按照上述強度試驗邊界條件進行測試，得到圖6試驗結果，經探傷檢測，未發現裂紋，滿足設計目標。

圖6 后轉向節強度試驗結果

圖7 后轉向節疲勞試驗

3.3 后轉向節臺架疲勞試驗分析

本文對某城市版SUV后轉向節進行了臺架疲勞對標試驗，載荷激勵為正弦波載荷，頻率為5Hz，循環次數方差小于0.2，試驗邊界條件如圖7所示，激勵加載分為側向力載荷和縱向力高載荷如圖8。

圖8 后轉向節疲勞試驗激勵載荷

本文按照上述邊界條件，進行了該部件臺架疲勞試驗，逐一對測試試樣進行了詳細檢測，如圖9，全無裂紋問題出現，滿足設計目標。

圖9 后轉向節疲勞試驗結果

4 結論

本文基于汽車結構和數值分析理論，結合Ncode仿真分析軟件，對某城市版SUV車型的后轉向節，進行了結構強度和疲勞耐久CAE分析，同時搭建了臺架試驗裝置，進行了后轉向節部件剛度性能測試和臺架疲勞強度試驗，CAE和臺架試驗結果評判，此城市版SUV車型后轉向節結構強度和疲勞耐久力學性能滿足設計目標。

[1] 張博文.基于試驗工況的轉向節CAE分析[D].湖北:湖北汽車工業學院,2017.

[2] 胡永然.基于Hyperworks的某SUV前副車架強度疲勞性能優化研究[J].汽車實用技術,2020(16):31-34.

[3] 張海濤.基于拓撲優化的轉向節輕量化設計[J].汽車實用技術, 2020,16(1):14-18.

[4] 謝邵龍.基于ABAQUS的某SUV引擎蓋力學性能仿真與試驗研究[J].汽車實用技術,2020(20):28-30.

[5] 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.

Simulation and Experimental Study on Strength Fatigue Performance of a SUV Rear Knuckle with Ncode

Li Wenkai, Huang Qin, Chen Mingliang

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )

The rear knuckle is the key load-bearing component of the chassis system of SUV, which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper, the strength and fatigue of the rear knuckle of an SUV are analyzed by CAE, and then the bench stiffness test and strength and fatigue test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the rear knuckle Parts of a SUV meet the target requirements.

Rear steering knuckle; Strength; Fatigue

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.026

U467

A

1671-7988(2021)03-86-03

U467

A

1671-7988(2021)03-86-03

李文凱，就職于江西五十鈴汽車有限公司產品開發技術中心。