基于HyperMesh的某重卡擋泥板支架的優化改進

周宗昊，周剛，趙永利，宋磊，樊天博，張明

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

引言

擋泥板支架作為重型卡車車身附件的主要部分之一，通過螺栓固定在車架上，在車輛行駛過程中承受地面的沖擊載荷。在路況較差的情況下，擋泥板支架會加劇晃動，所受的瞬時沖擊力也會隨之增大，進而導致最大應力集中點處出現裂紋甚至發生斷裂。若在行駛過程中發生斷裂，擋泥板支架有可能會發生脫落，從而帶來安全隱患。本次分析的擋泥板支架在使用過程中出現了斷裂現象，且斷裂件較多，因此，需對其進行靜力學仿真分析并且進行結構優化，從而保證車輛在以后行駛過程中擋泥板支架能滿足性能要求。

針對以上情況，本文采用有限元軟件HyperMesh對某重卡擋泥板支架在跳動工況下進行靜力學仿真分析，通過結果對比驗證了仿真結果與實際斷裂位置的一致性，并對其進行了優化，優化后的擋泥板支架強度相比之前有了很大提高。

1 問題分析

由于擋泥板支架安裝位置受空間限制，因此需要懸臂較長的擋泥板支架，但這同樣會加劇擋泥板的抖動，且支架管與底座之間焊縫過多，極易造成局部熱應力，從而導致應力集中造成擋泥板支架斷裂[1]。為了找出斷裂原因，對斷裂件在跳動工況下進行有限元仿真分析，通過分析結果看出擋泥板支架最大應力位置（見圖1）與實際斷裂位置（見圖2）相吻合[1]。從而可以確定擋泥板支架斷裂是支架管與底座焊接處的最大應力大于材料本身屈服強度導致的[1-2]。因此需要對底座和支架管進行優化，降低其應力，進而滿足性能要求。

圖1 擋泥板支架應力云圖

圖2 擋泥板支架實際斷裂圖

2 優化對比

2.1 模型優化對比

針對擋泥板支架斷裂現象，本文對其進行了優化（見圖3，圖4），底座和支架管相比原方案有所改變，底座材料由原來的Q235更換成RZG310-570，整體重量也有原來的7.037kg降低到5.62kg，焊縫連接也相對減少。

圖3 擋泥板支架原方案

圖4 擋泥板支架優化方案

2.2 有限元網格劃分

應用HyperMesh軟件對模型進行幾何清理和網格劃分（見圖5），模擬擋泥板支架在卡車行駛過程中受到地面Z方向-10g沖擊載荷。

圖5 有限元模型

2.3 有限元分析結果

擋泥板支架受到地面Z方向-10g沖擊載荷分析結果（見圖6，圖7）：

圖6 支架管應力云圖

圖7 底座應力云圖

原方案與優化方案應力結果對比（見表1）。

表1 仿真分析計算結果

通過應力云圖和應力結果可以看出，優化方案底座和支架管的最小安全因子相比原方案都有所增加，且優化方案重量相比原方案更輕，不僅提高了安全性能，而且也滿足了輕量化需求，進而節約了成本。

3 總結

通過靜力學仿真分析可知擋泥板支架斷裂位置強度不滿足靜力學分析要求，通過仿真分析得出擋泥板支架最大應力集中位置與實際斷裂位置相吻合，從而驗證了靜力學仿真的有效性和準確性。此外，通過對結構和材料的優化，擋泥板支架強度有了很大的提高，能夠滿足強度要求。