張楓，李冰

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基于hypermesh的某輕卡車架強(qiáng)度分析及優(yōu)化

張楓，李冰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用大型通用有限元分析軟件hypermesh建立車架的有限元模型，并對(duì)該車架進(jìn)行了有限元分析，從而得出車架的應(yīng)力集中區(qū)，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果分析，提出優(yōu)化方案，為車架方案設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

車架；Hypermesh；有限元

引言

車架作為車輛承載基體，是重要的受力件，大部分部件，如動(dòng)力總成，車身，車橋等都與車架直接聯(lián)接，在車輛行駛過(guò)程中，車架會(huì)承受來(lái)自路面的沖擊載荷以及扭轉(zhuǎn)，彎曲等多種載荷產(chǎn)生的彎矩和剪力，車架的強(qiáng)度性能不僅關(guān)系到整車的使用性能，而且還影響到車輛的行駛性能。對(duì)車架的要求是在保證足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性條件下，盡可能達(dá)到質(zhì)量輕，應(yīng)力分布均勻。但由于車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力也復(fù)雜，很難用簡(jiǎn)單的力學(xué)方法進(jìn)行強(qiáng)度，剛度的計(jì)算和應(yīng)力分析。本文基于有限元方法可以比較準(zhǔn)確地計(jì)算出車架整體及各部件在不同使用工況下得應(yīng)力狀態(tài)，并對(duì)不合理結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 車架有限元模型處理

此車架為變截面等寬車架，共6根橫梁，橫梁與縱梁連接采用焊接方式，各種焊板若干。用UG建立的三維模型如圖：

1.1 車架及其組件的網(wǎng)格劃分

本文使用Hypermesh軟件建立整車的有限元模型，取長(zhǎng)度單位為mm，力單位N，重力加速度取g=9800mm/s2。車架縱梁和橫梁的材料為510L，材料力學(xué)性能如下表所示。

表1 材料力學(xué)性能表

劃分車架網(wǎng)格時(shí)，考慮其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前處理的工作量較大，有限元網(wǎng)格單元尺寸按10mm劃分，絕大多數(shù)網(wǎng)格使用QUAD4單元，少量用TRIA3板殼單元。有限元模型如下圖。

1.2 約束與載荷的施加以及邊界條件的設(shè)定

根據(jù)車輛的使用情況，對(duì)車輛設(shè)定工況及邊界條件，見(jiàn)下表：

表2 車輛工況及邊界條件

2 車架的強(qiáng)度分析

2.1 車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

使用MSC.Nastran軟件求解器對(duì)車架系統(tǒng)的有限元模型求解，計(jì)算得到各分析工況的VonMises應(yīng)力和危險(xiǎn)部位，與所用材料的屈服強(qiáng)度極限相比，可判定其強(qiáng)度可行性。仿真求解，判斷出車架薄弱部位并加強(qiáng)，加強(qiáng)方案如下：

圖3 優(yōu)化前后對(duì)比圖

對(duì)加強(qiáng)后的車架再分析，對(duì)比原車架分析結(jié)果如下：

圖4 車架加強(qiáng)前后對(duì)比圖

2.2 車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析

此車架在勻速直線運(yùn)動(dòng)、啟動(dòng)或加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向及扭轉(zhuǎn)五工況下的屈服安全系數(shù)分別為1.5、1.5、1.8、0.8、1.5，只有轉(zhuǎn)向工況下不能滿足安全系數(shù)≥1.5的要求，對(duì)車架加強(qiáng)后，在轉(zhuǎn)向工況，車架的屈服破壞安全系數(shù)提高到了1.8，滿足要求，即車架在各工況下不會(huì)發(fā)生屈服變形。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)討論了使用有限元法進(jìn)行車架強(qiáng)度分析問(wèn)題，通過(guò)使用Hypermesh軟件劃分車架各組件的有限元網(wǎng)格，對(duì)有限元組件的連接裝配，約束和載荷的施加及邊界條件設(shè)定等步驟，建立了客車車架強(qiáng)度分析的有限元模型。使用MSC.Nastran求解器進(jìn)行了車架強(qiáng)度的分析計(jì)算，得到了該車架主要載荷工況時(shí)的應(yīng)力分布狀況，以及車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特點(diǎn)。結(jié)果表明，該車架加強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)在各工況下的最大應(yīng)力均在材料的屈服強(qiáng)度以內(nèi)，屈服安全系數(shù)大于1.5，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

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[3] 王霄鋒.汽車底盤(pán)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2010.

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Strength analysis and optimization of a frame based on hypermesh

Zhang Feng, Li Bing

( Anhui jianghuai automobile group co. LTD., Anhui Hefei 230601 )

s:In this paper, the finite element model of the frame is established by means of hypermesh, a general finite element analysis software, and the finite element analysis of the frame is carried out to obtain the stress concentration area of the frame.

Frame; Hypermesh; Finite element

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1671-7988(2018)24-121-02

U463.32

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張楓，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕型商用車研究院，從事底盤(pán)設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.044