基于HyperMesh的某重卡擋泥板支架的優(yōu)化改進(jìn)

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(huì)加劇晃動(dòng)，所受的瞬時(shí)沖擊力也會(huì)隨之增大，進(jìn)而導(dǎo)致最大應(yīng)力集中點(diǎn)處出現(xiàn)裂紋甚至發(fā)生斷裂。若在行駛過程中發(fā)生斷裂，擋泥板支架有可能會(huì)發(fā)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(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，且斷裂件較多，因此，需對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析并且進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)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(duì)以上情況，本文采用有限元軟件HyperMesh對(duì)某重卡擋泥板支架在跳動(dòng)工況下進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析，通過結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了仿真結(jié)果與實(shí)際斷裂位置的一致性，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的擋泥板支架強(qiáng)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(huì)加劇擋泥板的抖動(dòng)，且支架管與底座之間焊縫過多，極易造成局部熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中造成擋泥板支架斷裂[1]。為了找出斷裂原因，對(duì)斷裂件在跳動(dòng)工況下進(jìn)行有限元仿真分析，通過分析結(jié)果看出擋泥板支架最大應(yīng)力位置（見圖1）與實(shí)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(yīng)力大于材料本身屈服強(qiáng)度導(dǎo)致的[1-2]。因此需要對(duì)底座和支架管進(jìn)行優(yōu)化，降低其應(yīng)力，進(jìn)而滿足性能要求。

圖1 擋泥板支架應(yīng)力云圖

圖2 擋泥板支架實(shí)際斷裂圖

2 優(yōu)化對(duì)比

2.1 模型優(yōu)化對(duì)比

針對(duì)擋泥板支架斷裂現(xiàn)象，本文對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)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(duì)減少。

圖3 擋泥板支架原方案

圖4 擋泥板支架優(yōu)化方案

2.2 有限元網(wǎng)格劃分

應(yīng)用HyperMesh軟件對(duì)模型進(jìn)行幾何清理和網(wǎng)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(jié)果

擋泥板支架受到地面Z方向-10g沖擊載荷分析結(jié)果（見圖6，圖7）：

圖6 支架管應(yīng)力云圖

圖7 底座應(yīng)力云圖

原方案與優(yōu)化方案應(yīng)力結(jié)果對(duì)比（見表1）。

表1 仿真分析計(jì)算結(jié)果

通過應(yīng)力云圖和應(yīng)力結(jié)果可以看出，優(yōu)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(yōu)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(jìn)而節(jié)約了成本。

3 總結(jié)

通過靜力學(xué)仿真分析可知擋泥板支架斷裂位置強(qiáng)度不滿足靜力學(xué)分析要求，通過仿真分析得出擋泥板支架最大應(yīng)力集中位置與實(shí)際斷裂位置相吻合，從而驗(yàn)證了靜力學(xué)仿真的有效性和準(zhǔn)確性。此外，通過對(duì)結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化，擋泥板支架強(qiáng)度有了很大的提高，能夠滿足強(qiáng)度要求。