基于Nastran的某SUV后副車架力學性能仿真和試驗研究

鄒夕，肖隆清

基于Nastran的某SUV后副車架力學性能仿真和試驗研究

鄒夕，肖隆清

（江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

后副車架是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車型后副車架進行了強度和疲勞CAE分析和研究，同時進行了臺架對標剛度測試和強度工況測試，結果表明此SUV后副車架剛強度和抗疲勞性能滿足目標要求。

后副車架；疲勞強度；性能

1 引言

隨著新冠疫情復蘇后經濟快速發展，國民出行交通工具改善需求越來越強烈，各種形式多樣的SUV銷量也得到快速增長，國人對于SUV整車性能品質要求也提升。副車架是底盤系統關鍵受力件，對整車耐久可靠性、操穩舒適性的影響巨大，其也為轉向機、下擺臂等部件提供了安裝基體[1-3]。而且后副車架有效連接了各種底盤懸架元件，提高了懸掛系統優越性能[4-5]，故本文開展城市運動版后副車架的結構力學性能具有重要的價值。

本文基于某新平臺城市運動版SUV車型研究設計新的后副車架系統，為確保其滿足設計性能目標，基于汽車設計理論和數值分析理論，采用Nastran軟件，對某城市運動版SUV后副車架進行了結構強度和臺架工況疲勞耐久分析，同時進行了后副車架剛度對標測試和強度對標試驗，結果表明，此SUV車型后副車架強度和結構剛度及疲勞耐久性能滿足目標。

2 后副車架CAE強度分析

2.1 后副車架有需要模型

本文利用Hyperworks數值仿真分析軟件，對某城市運動版SUV車型后副車架系統進行了有限元建模，網格大小為4mm，對應材料為QSTE500，其對應屈服強度分別為500 MPa，如圖1。

圖1 某城市運動版SUV的后副車架FEA模型

2.2 后副車架CAE強度分析

本文開展了后副車架的結構強度性能理論研究，極限強度分析工況分別為單輪胎上跳工況，整車對扭工況，緊急制動工況，極限轉彎工況，基于慣性釋放法理論，輸入載荷為經多體分析軟件仿真得到的結果，強度分析結果如圖2。

后副車架系統強度分析最大峰值應力出現在極限轉彎工況，最大應力為440.6MPa，小于材料QSTE500屈服強度，滿足設計目標，匯總結果如表1。

表1 后副車架強度分析結果表

2.3 后副車架臺架疲勞CAE分析

本文對某城市運動版SUV車型后副車架進行了疲勞性能分析，工況為：Case1為Bracket Load 橫向加載1g激勵，疲勞循環次數N=20000次，Case2為Lateral Load Y向加載1g激勵，結果見圖3，評價標準：所有零部件損傷值須小于5.5，CAE結果表明Case1后副車架最大疲勞損傷值為5.1，而Case2最大疲勞損傷值為0.4，兩個工況疲勞強度都滿足設計目標。

圖3 后副車架臺架CAE疲勞分析結果

3 后副車架臺架對標試驗分析

3.1 后副車架臺架剛度對標試驗分析

本文對某SUV車型后副車架系統進行了臺架剛度對標試驗，如圖4。剛度試驗載荷邊界條件為：后懸上控制臂連接點Y軸方向剛度試驗加載從-8KN到+8KN，后懸前下擺臂連接點Y軸方向剛度試驗加載從-8KN到+8KN。

圖4 后副車架剛度臺架對標試驗

圖5 后副車架剛度測試結果

采用上述試驗裝置進行剛度臺架對標試驗，得到如圖5的兩個測點N1和N2剛度試驗結果，利用數值分析理論的最小擬二乘法，得到測點N1點剛度為31.5KN/mm，測點N2點剛度為36KN/mm，滿足目標。

3.2 后副車架臺架強度對標試驗分析

圖6 后副車架臺架強度試驗

表2 后副車架臺架強度試驗結果

本文對某城市版SUV車型的后副車架分別進行了擺臂連接點X向和Z向臺架強度對標試驗，載荷激勵為：后副車架的下擺臂X橫向和高度Z向分別加載15KN，加載速度為1KN/步，若零件未出現塑性變形，加載至1.5倍目標載荷數值，評價標準為后副車架需未出現裂紋問題，試驗工況如圖6所示，試驗完成后，檢查未發現裂紋及塑性變形，后副車架下擺臂連接點Z軸方向強度如表2所示，滿足目標要求。

4 結論

本文基于汽車設計理論和數值分析理論，結合NASTRAN有限元分析軟件，對某城市運動版SUV車型的后副車架進行了結構強度和臺架疲勞CAE分析，同時進行了后副車架剛度對標測試和臺架強度對標試驗。結果表明，該城市運動版SUV車型后副車架剛度和結構強度性能及疲勞耐久性能滿足設計目標。

[1] 胡永然,吳靜,黃勤.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):31-33.

[2] 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):88-91.

[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):91-94.

[4] 楊蘭,楊勇,杜華等.基于臺架和道路試驗驗證的前副車架性能優化[J].設計研究,2017,2(1):22-25.

[5] 容家坤.基于ABAQUS的后副車架結構分析及優化[J].汽車零部件,2020,10(1):14-18.

Simulation and Experimental Study on Mechanical Properties of Rear Sub-frame of an SUV with Nastran

Zou Xi, Xiao Longqing

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

The rear sub-frame is the key load-bearing component of the SUV chassis, which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper, the strength and fatigue CAE analysis and research are carried out for the rear sub-frame of a SUV, and then the bench stiffness test and strength condition test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the stiffness, strength and anti-fatigue performance of the rear sub frame of SUV meet the target requirements.

Rear sub-frame; Fatigue strength; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.036

U463.32

A

1671-7988(2021)03-119-03

U463.32

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1671-7988(2021)03-119-03

鄒夕，就職于江鈴汽車股份有限公司產品開發技術中心。