基于ABAQUS的某SUV前轉向節力學性能仿真和試驗研究

張晶晶，劉宇，陳海

基于ABAQUS的某SUV前轉向節力學性能仿真和試驗研究

張晶晶，劉宇，陳海

（江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

前轉向節是SUV底盤關鍵承載部件，對整車性能有重要影響，文章針對某SUV前轉向節進行了強度和疲勞CAE分析和研究，然后進行了臺架剛度測試和強度工況測試，CAE分析和臺架試驗結果表明，此SUV前轉向節零件的力學性能滿足目標要求。

前轉向節；強度；力學性能

1 引言

隨著疫情得到控制后，國民經濟快速復蘇，乘用車尤其SUV銷量得到井噴式發展，與此同時，人們對于SUV車型的乘坐舒適性要求也越來越高。前轉向節，作為底盤系統重要安全零件，起到承受載荷和轉向的重要作用，同時將懸架、前軸、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]，故研究前轉向節結構力學性能具有重要價值。

本文研究源于某新越野版SUV需新開發前轉向節，為使其結構剛強度和疲勞耐久性能滿足設計目標，基于ABAQUS軟件，對某越野型SUV前轉向節進行了強度和疲勞CAE分析，結合臺架試驗，進行了前轉向節剛度對標測試和臺架強度試驗，結果表明此越野版SUV車型前轉向節剛強度性能及抗疲勞性能滿足目標。

2 前轉向節CAE分析

2.1 后副車架FEA模型

本文采用ABAQUS軟件，對某越野版SUV前轉向節進行了有限元建模，網格大小為3mm，對應材料為QT450-10A，其對應屈服強度為310MPa，有限元模型如圖1所示。

2.2 前轉向節CAE強度分析

本文開展了某越野版SUV前轉向節強度性能分析，強度工況為：整車扭轉工況，極限制動工況，緊急轉彎工況，采用慣性釋放法進行強度計算，模型無約束，輸入載荷為ADAMS計算輸出的載荷激勵。前轉向節零件的強度分析結果如圖2。

圖1 某越野版SUV前轉向節 FEA模型

圖2 前轉向節強度分析結果

根據整車設計DVP規范工況，進行前轉向節強度分析結果表明，最大應力出現在緊急轉彎工況，峰值應力為293MPa，小于材料屈服強度，滿足設計目標，強度分析匯總結果如表1。

表1 前轉向節強度分析結果表

2.3 前轉向節臺架疲勞CAE分析

本文對某越野版SUV車型的前轉向節進行了臺架疲勞CAE分析，工況為Bracket Load X向加載1g，循環次數20000次，評價標準為損傷值小于1.5，CAE分析結果表明前轉向節最大疲勞損傷值為0.3，損傷值小于目標值，滿足設計要求。

圖3 前轉向節臺架CAE疲勞分析結果

3 前轉向節臺架試驗分析

3.1 前轉向節臺架強度試驗分析

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疲勞耐久性能評估驗證，可降低研發費用，縮短開發周期[5]。

本文對前轉向節進行了臺架垂向極限和縱向極限強度測試，如圖4所示。臺架試驗邊界條件為：垂向極限工況在輪心處沿Z方向逐步施加載荷至17.2KN，縱向極限工況為在輪心處施加恒定載荷5.45KN，沿輪心處X正負方向逐步施加載荷至13.5KN，按照圖5，對臺架缸體進行加載，試驗完成后，檢查未發現裂紋，滿足設計要求。

圖4 前轉向節臺架強度試驗

圖5 前轉向節作動缸施力-位移圖

3.2 前轉向節臺架剛度試驗分析

3.2.1前轉向節制動支撐點剛度試驗分析

本文對某SUV進行了前轉向節制動支撐點的臺架剛度試驗，如圖6所示，試驗條件為：沿著轉向節1和2點Y向逐步施加載荷至20KN。

本文對某SUV前轉向節零件，按照上述邊界條件，進行制動支撐點臺架剛度試驗，得到表2剛度結果，獲得測點1和測點2剛度值為16.2KN/mm和30.5KN/mm。

表2 前轉向節制動支撐點剛度結果表

3.2.2前轉向節轉向剛度試驗分析

本文對某SUV進行了前轉向節進行了剛度試驗，試驗工況如圖8所示，試驗邊界條件為在輪胎接地點中心點施加Y向載荷至5KN。

圖7 前轉向節剛度試驗

表3 前轉向節剛度試驗結果

表3為前轉向節剛度試驗結果，對應的測點剛度值為：測點1的剛度為0.072KN/mm，測點2的剛度為0.669KN/ mm，測點3的剛度為0.65KN/mm，滿足目標大于0.028KN/ mm。

4 結論

本文基于ABAQUS有限元分析軟件，對某越野型SUV前轉向節進行了強度和疲勞CAE分析，結合臺架試驗，進行了前轉向節剛度對標測試和臺架強度試驗，結果表明此越野版SUV車型前轉向節剛強度性能及抗疲勞性能滿足目標。

[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] 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.

[4] 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.

[5] 劉敏.某乘用車型后懸控制臂力學性能仿真和試驗研究[J].汽車實用技術,2020(18):35-39.

Simulation and Experimental Study on Mechanical Properties of Front Steering Knuckle of an SUV with ABAQUS

Zhang Jingjing, Liu Yu, Chen Hai

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

The front knuckle is the load-bearing component of SUV chassis, which has an important impact on the perfor -mance of the whole vehicle.In this paper, the strength and fatigue CAE analysis and research are carried out for a SUV front knuckle, then the bench stiffness test and strength test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the knuckle part meet the target requirement.

Front steering knuckle; Strength; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.033

U467

A

1671-7988(2021)03-109-03

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張晶晶，就職于江鈴汽車股份有限公司產品開發技術中心。