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        某車型懸架開裂的原因分析及整改措施

        2018-05-16 07:57:07李瑤石寧
        汽車零部件 2018年4期
        關(guān)鍵詞:減震器懸架有限元

        李瑤,石寧

        (1.重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院,重慶 401331;2.湖州宏威新能源汽車有限公司,浙江湖州 313000)

        0 引言

        懸架是汽車的基體,懸架需要有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車內(nèi)外的各種載荷和從車輪傳來的沖擊[1]。因此,懸架的可靠性極為重要,不僅關(guān)系到車輛是否能正常運(yùn)行,還關(guān)系到整車的安全性。文中針對(duì)某車后懸架開裂的故障問題,利用有限元計(jì)算進(jìn)行原因分析,并通過對(duì)比分析提出改進(jìn)方案[2]。相比傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,利用有限元方法分析得出的改進(jìn)方案更為有效,質(zhì)量及成本控制得更為合理[3]。

        1 問題描述

        某款車ET(Engineering Trial)階段在整車臺(tái)架耐久試驗(yàn)過程中,后減震器下安裝支架出現(xiàn)斷裂(如圖1所示)。文中針對(duì)后懸架總成進(jìn)行強(qiáng)度分析,確定開裂原因并制定整改方案。

        圖1 試驗(yàn)開裂部位

        2 問題分析

        從試驗(yàn)記錄照片可以看出,開裂最先發(fā)生位置非常靠近安裝支架與縱臂焊接的焊縫上,且均發(fā)生在試驗(yàn)里程1 000 km左右,故初步推斷此次斷裂是由于安裝支架局部應(yīng)力集中發(fā)生開裂,最終導(dǎo)致焊縫撕裂。作者根據(jù)車輛的使用特點(diǎn),選取加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、顛簸4種典型工況,將后懸總成在經(jīng)典工況下的加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地面的支反力,施加在輪胎接地點(diǎn)上,對(duì)后懸總成進(jìn)行強(qiáng)度分析,為確定開裂原因和制定整改方案提供支持。

        3 模型定義

        3.1 模型的建立

        根據(jù)設(shè)計(jì)部提供的數(shù)模及相關(guān)的整車參數(shù)建立相應(yīng)的分析模型[4],如圖2所示。

        圖2 分析模型

        采用ADAMS軟件進(jìn)行載荷分解,采用ABAQUS軟件進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析。

        3.2 數(shù)據(jù)輸入及工況

        項(xiàng)目組提供的相關(guān)數(shù)據(jù)明細(xì)如表1所示。

        表1 懸架中零部件材料信息表

        根據(jù)提供的數(shù)據(jù)和分解的載荷,利用慣性釋放作為邊界條件,采用經(jīng)典工況顛簸、加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向?qū)壹苓M(jìn)行強(qiáng)度分析[5]。

        4 懸架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

        在顛簸工況下,后減震器下安裝支架最大應(yīng)力達(dá)到352 MPa,已經(jīng)超過其使用材料WL440的屈服強(qiáng)度,如圖3所示,且應(yīng)力集中位置與試驗(yàn)過程中的開裂發(fā)生位置十分吻合,有效地佐證了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性以及前期對(duì)開裂原因的推斷。

        圖3 仿真與試驗(yàn)對(duì)比

        5 整改措施

        減震器安裝支架作為減震器的安裝和支撐部件,對(duì)整車的可靠性和安全性有著非常重要的作用。為了消除開裂處的應(yīng)力集中,考慮從零件厚度和結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)減震器安裝支架進(jìn)行加強(qiáng),以解決此次開裂問題。具體整改方案如下:

        (a)將后減震器下安裝支架厚度由3 mm增加到4 mm。

        (b)修改其結(jié)構(gòu),改善應(yīng)力分布,如圖4、圖5所示。

        整改方案分析結(jié)果云圖見表2。

        圖4 原方案 圖5 整改方案

        表2 后減震器下安裝支架整改后各工況分析結(jié)果

        分析結(jié)果:

        (1)原后減震器下安裝支架在顛簸工況下,開裂位置存在應(yīng)力集中,且應(yīng)力水平較高,為352 MPa,超過其使用材料WL440的屈服強(qiáng)度。

        (2)整改后的CH035后減震器下安裝支架最大應(yīng)力發(fā)生在轉(zhuǎn)向工況下,為270 MPa;顛簸工況下,其最大應(yīng)力為232 MPa,均小于其使用材料WL440的屈服強(qiáng)度,滿足要求。

        (3)經(jīng)過實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證,該部位再無開裂出現(xiàn)。

        6 結(jié)論

        通過建立汽車零部件結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的有限元計(jì)算模型,應(yīng)用有限元分析法進(jìn)行仿真分析和計(jì)算,可降低設(shè)計(jì)開發(fā)成本、減少試驗(yàn)次數(shù)、縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量,使得汽車在輕量化、舒適性、可靠性和操縱穩(wěn)定性方面得到改進(jìn)和提高,

        具有非常重大的實(shí)際意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1]歐陽鬯,馬文華.彈性·塑性·有限元[M].長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1983.

        [2]龔培剛.有限元方法及其在汽車工程中的應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1958.

        [3]傅永華.有限元分析基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003.

        [4]李楚琳.Hyper Works分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

        [5]李飛,郭孔輝,丁海濤,等.汽車耐久性分析底盤載荷預(yù)測(cè)方法研究綜述[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010,10(24):5960-5964.

        LI F,GUO K H,DING H T,et al.Chassis Loads Prediction Approach of Vehicle Durability Analysis Research Summary[J].Science Technology and Engineering,2010,10(24):5960-5964.

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