基于靜力學分析的快速鎖定產品風險點的可行性研究

黨龍，周宗昊，申良奇，周剛，趙永利，李慧

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

引言

新產品設計過程中，往往需要進行對單個構件多版本的優化建模工作，目前公司規范的建模方案為駕駛室懸置整體動態分析建模方案，但由于此方案建模和計算速度較慢，導致研發效率低。

有限元分析越來越多地被應用到產品的研發設計中，作用于Y向的0.8 G轉彎工況是駕駛室懸置CAE分析的重要工況[1-2]。新產品設計過程中，往往需要進行對單個子件多版本的優化設計工作，但由于駕駛室懸置整體動態分析建模時間短且計算速度較慢，從而導致研發效率降低。

本文以某重卡駕駛室懸置為研究對象，將各子件拆分后進行力矩分析，拆分后的子件便可以在 OptiStruct靜態分析中進行計算。當面對多版本的優化建模，可在靜態分析中提前規避部分模型缺陷，從而提升研發效率。此重卡駕駛室懸置系統主要結構包括前懸上托架、翻轉搖臂、翻轉軸、下支座、后懸鎖止系統、彈性元件等，結構如下圖1所示。

圖1 某重卡駕駛室懸置系統結構圖

1 轉彎工況受力分析

1.1 尋找駕駛室質心在單側懸置受力點

下圖2為駕駛室質心在駕駛室前后懸上安裝點的位置關系圖。各點對應關系為：A——右前懸安裝點；B——左前懸安裝點；C——右后懸安裝點；D——左后懸安裝點；E——駕駛室質心。

圖2 駕駛室質心與駕駛在前后懸上安裝點的位置關系圖

上圖中F點，為駕駛室質心作用于右側懸置的受力點，為了確定F點需要計算h和d的尺寸，經計算（過程略）得到h=412.1 mm，d=510.9 mm。

1.2 轉彎受力分析

受轉向力影響，駕駛室懸置左右兩端受力不同。為方便分析，設整車向前進方向右側轉向，轉向力作用于整車前進方向左側，分析受力時只分析駕駛室左側懸置受力。

駕駛室受到Y方向0.8 g的轉彎加速度，換算成施加在駕駛室質心上的作用力為0.8 mg=7 840 N。

為計算轉彎工況單側受力，做模型簡化，如下圖3所示。

圖3 轉彎工況左右受力拆分（y，z平面）

由單側計算分擔到前、后懸單側所受轉向力，做模型簡化，如下圖4所示。

圖4 作用在右側轉向力分擔到前、后懸置作用力

上圖中參數，經計算，結果如下表1所示。

表1 轉彎工況各參數計算結果

再通過各件連接關系分別計算所受力矩大小。由于轉向力向駕駛室右側，故受力僅以駕駛室右側懸置為例，結合重力，右側各關注件有限元模型如下圖5所示。

圖5 轉彎工況各關注件有限元模型

2 分析結果統計

以駕駛室懸置整體轉彎工況動態分析結果為參考，對比子件靜態拆分結果如下圖6所示。

圖6 兩種分析各件應力集中對比

上圖可以看出，拆分靜態分析各子件風險點和動態分析各子件風險點位置基本吻合。統計動態整體分析關注件應力集中位置數量和其所對應的靜態拆分分析關注件應力集中處數量，如下表2所示。

由表2可以看出，靜態拆分分析各關注件應力集中處數量所占動態整體分析關注件應力集中處數量比例均較高，拆分靜態分析可以滿足設計前期尋找風險點的作用。

表2 各關注件靜態拆分分析和整體動態分析應力集中點統計

3 總結

新產品設計過程中，由于單個子件優化版本較多。為了提升產品研發效率，本文以某重卡為研究對象，以轉彎工況建模為出發點，對結構進行靜態拆分分析，通過觀察和動態分析對比應力集中位置可知靜態子件拆分分析可以起到新產品研發前期尋找模型風險點的作用，此方案可以提升產品研發效率。