張展 劉志漢

摘 要：針對(duì)某種卡車懸架支架的載荷作用情況，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面進(jìn)行分析處理，評(píng)估其力學(xué)性能和安全性能。首先，基于UG軟件建立懸架支架的參數(shù)化模型，導(dǎo)入Ansys中進(jìn)行分析，兩者的Parasolid核心保證了模型的完整和不失真;其次，基于力學(xué)原理和數(shù)值分析方法對(duì)模型進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析及仿真，真實(shí)再現(xiàn)了懸架支架的工作環(huán)境。研究結(jié)果表明，此方法明顯節(jié)約了時(shí)間和減少了工作量（尤其對(duì)復(fù)雜龐大的零部件的建模分析），同時(shí)為整車分析和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析提供了必要的參數(shù)和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：懸架支架;參數(shù)化建模;Ansys;模態(tài)分析

有限元法是目前廣泛使用的一種現(xiàn)代計(jì)算方法。其思路是：結(jié)構(gòu)離散一單元分析一整體求解。經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，有限元法的理論日趨完善，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，Ansys軟件代表了最先進(jìn)的CAE整合技術(shù)，可用它進(jìn)行所有行業(yè)的幾乎任何類型的有限元分析。懸架支架是汽車上的主要連接和承載構(gòu)件，承擔(dān)了大部分的連接和承載任務(wù)，同時(shí)也承受巨大的載荷和周期性應(yīng)力。目前對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析的研究較多，在這里根據(jù)實(shí)際情況，只對(duì)某汽車制造廠新研制的一種卡車懸架支架進(jìn)行評(píng)估，以確定其可靠性。筆者用UG軟件建立前懸架支架的三維實(shí)體模型，利用Ansys軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，確定其應(yīng)力應(yīng)變分布情況和5階固有頻率及振型;用Adams軟件仿真懸架在具體路面上的升降過(guò)程，得到升降過(guò)程懸架支架的受力范圍;基于Ansys軟件進(jìn)行支架的諧響應(yīng)分析，觀察其在持續(xù)的周期載荷收作用下的周期響應(yīng)。

1 實(shí)體參數(shù)化建模與導(dǎo)入

1.1 建立實(shí)體模型

為保證模型順利導(dǎo)入Ansys進(jìn)行有限元計(jì)算，采用UG這一大型建模軟件建立模型，其具有很高的精度和可靠性。同時(shí)建模過(guò)程中注意一些技巧：避免使用旋轉(zhuǎn)特征工具，避免面與面特征之間有尖銳的倒角過(guò)渡，抑制對(duì)實(shí)際問(wèn)題研究沒(méi)有影響的特征，從而減少模型的特征數(shù)，達(dá)到降低網(wǎng)格單元數(shù)和縮短計(jì)算時(shí)間的目的。

1.2 模型轉(zhuǎn)換

模型的轉(zhuǎn)換有很多種方式。一般情況下習(xí)慣用Iges格式，但由于用Iges導(dǎo)入Ansys時(shí)。會(huì)發(fā)生實(shí)體模型數(shù)據(jù)丟失的情況。例如，部分實(shí)體無(wú)法顯示，產(chǎn)生了多余的點(diǎn)、線等問(wèn)題。由于兩種軟件屬同一廠家所開發(fā)且具有相同的Parasolid核心，選用Parasolid格式導(dǎo)入Ansys或直接導(dǎo)入Part文件，則可避免此類情況的發(fā)生。筆者采用Part文件導(dǎo)入，導(dǎo)入模型見圖1（a）。

1.3 模態(tài)分析

模態(tài)分析是確定復(fù)雜結(jié)構(gòu)震動(dòng)形態(tài)和薄弱環(huán)節(jié)的有效手段。通過(guò)模態(tài)分析可獲得結(jié)構(gòu)較完整的固有頻率、振型和振型參與系數(shù)，固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。采用最接近懸架支架實(shí)際工作條件的約束條件，選取Block Lanc ZOS模態(tài)提取法，提取模態(tài)數(shù)為5，獲得了5階固有頻率以及響應(yīng)的5種振型，除第5階振型外都表現(xiàn)為兩支耳1、2的擺動(dòng)（見表1）。一般來(lái)講，由路面不平引起的汽車震動(dòng)，再由板簧傳遞給支架，頻率范圍為0.5～25Hz，低于支架的基頻37.294Hz。很明顯，它并不會(huì)引起支架的共振?？梢哉J(rèn)為，實(shí)際中支架的剛性比較大，不會(huì)在外部頻率的激勵(lì)下出現(xiàn)不良反應(yīng)。

2 結(jié)論

通過(guò)靜力學(xué)分析可知，在支架襯板和兩支耳連接的地方應(yīng)力比較集中，但此類貨車在目前載荷作用下足以滿足使用要求，作用載荷能夠引起的位移也是微量的。在周期載荷的作用下，應(yīng)力明顯增大，說(shuō)明動(dòng)載荷對(duì)支架的影響不可忽視。利用幾種軟件的結(jié)合使用，分析了零部件從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的整個(gè)過(guò)程，非常接近零部件的實(shí)際工作情況，分析結(jié)果為此類零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)以及日常的維修保養(yǎng)提供了依據(jù)。