有限元仿真分析在后橋減震器支架設計上的應用

文/劉 超 段圣文（安徽安凱汽車股份有限公司）

客車的后橋減震器支架受沖擊強度大，損壞頻率高。按照傳統的方式只能通過市場反饋來驗證其結構強度，無法滿足當今的設計需求，如果在大批量訂單上出現問題，對生產企業將造成巨大的損失。隨著科技的進步，CAE 仿真分析為車輛局部結構的強度驗證打開了大門，本文介紹有限元仿真分析在客車的后橋減震器支架的具體應用。

一、模型建立及參數

1.材料參數

后橋槽梁及減震器支架使用的材料為510L 鋼材，屈服極限為355MPa。

2.模型參數

部件中網格節點數為687 個，網格數為884 個，Comps 數量為3 個。

3.模型建立及加載

截取后橋局部槽梁和減重器支架，建立模型如圖1所示，對減震器支架進行加載，加載力方向沿著減震器軸線方向，后橋槽梁兩端進行限位固定設置。

圖1 模型建立

二、模型強度分析

本次車輛配置的減震器的充液量為310mL，其最大壓縮阻力為1000N，最大拉伸阻力為6500N，由于拉伸阻力比壓縮阻力大，故選擇最大拉伸阻力6500N 作為加載力設置數。只要最大極限值的強度滿足設計要求，就可以保證后橋減震器支架結構設計滿足使用要求。按減震器作用力方向在減震器支架處設置6 500N 的拉伸阻力，如圖2 所示。

圖2 后橋大梁模型及施加6 500N 拉伸阻力

對模型進行分析計算，結果如圖3 所示。

圖3 后橋大梁強度分析結果

由圖3 可以看出，后橋槽梁最大應力為642.4MPa，出現在減震器支架與后橋大梁連接的螺栓孔附近，由于后橋大梁采用的材料為510L，其屈服強度為355MPa，由此可判定此模型方案不能滿足使用要求，還需要進一步優化改進。

三、后橋大梁優化分析

1.優化方案

根據之前分析結果對后橋大梁薄弱的位置進行加強優化，在后橋大梁與減震器連接處增加了2 塊墊板；同時對減震器支架進行加強優化，增加筋板，增加接觸板尺寸。大梁優化后的結構如圖4 所示。

圖4 后橋大梁優化方案

2.優化后模型強度分析

按減震器作用力方向在減震器支架處設置6 500N的拉伸阻力，進行分析計算，優化后模型分析結果如圖5所示。

圖5 優化后模型強度分析結果

由圖5 可以看出，最大應力為208.1MPa，出現在后橋大梁螺栓孔處，后橋大梁使用材料為510L，其屈服強度為355MPa，安全系數為1.70，故優化后的后橋大梁及減震器支架的強度滿足設計要求。

通過對比可以發現優化前的最大應力為642.4MPa，安全系數為0.55；優化后的最大應力為208.1MPa，安全系數為1.7。

四、結語

通過CAE 仿真輔助分析，可以更直觀地了解客車關鍵部件的結構強度，在設計初期就可以精準掌握材料的使用情況，既能滿足車輛的使用要求，又可精確控制成本，避免車輛后期運營時出現結構強度不足得問題，提高產品競爭力。