胡永然 吳靜 黃勤

摘 要：前副車架是SUV底盤關(guān)鍵承載部件，對(duì)整車性能有重要影響，文章針對(duì)某SUV車型前副車架進(jìn)行了極限強(qiáng)度和臺(tái)架疲勞工況CAE分析和研究，然后進(jìn)行了臺(tái)架剛度測(cè)試和強(qiáng)度工況測(cè)試，CAE分析和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，此SUV前副車架剛強(qiáng)度和抗疲勞性能滿足目標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：前副車架;疲勞強(qiáng)度;性能優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）16-33-03

Abstract： The front subframe is the key load-bearing part of the SUV chassis， which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper， the CAE analysis and Research on the ultimate strength and fatigue condition of the front subframe of an SUV are carried out， then， the stiffness test and strength test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the rigidity， strength and fatigue resistance of the SUV front subframe meet the target requirements.

Keywords： Radiator Bracket; Fatigue Strength; Bench Test

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）16-33-03

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民的生活水平日益提高，乘用車尤其SUV銷量也得到快速發(fā)展，與此同時(shí)，人們對(duì)于SUV的舒適性要求也越來(lái)越高。副車架作為SUV車型底盤關(guān)鍵承載件，對(duì)整車操穩(wěn)性、舒適性的影響至關(guān)重要，其使用也越來(lái)越廣泛，為轉(zhuǎn)向機(jī)、下擺臂、穩(wěn)定桿等部件提供了定位基準(zhǔn)和安裝位置[1]。同時(shí)，前副車架將各種懸架元件連接起來(lái)，構(gòu)成了總成部件，提高了懸掛系統(tǒng)的通用性，并為各大主機(jī)廠平臺(tái)通用性提供了良好基礎(chǔ)[2]。

本文研究源于某新平臺(tái)SUV需開(kāi)發(fā)前副車架，需確保其結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度和疲勞性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，通過(guò)有限元方法分析方法手段，基于Hyperworks及Ncode軟件，對(duì)某城市型SUV前副車架進(jìn)行了極限強(qiáng)度和臺(tái)架工況疲勞CAE分析，同時(shí)結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)，進(jìn)行了前副車架剛度測(cè)試和臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)，CAE分析結(jié)果和臺(tái)架測(cè)試結(jié)果表明此車型前副車架剛強(qiáng)度性能及抗疲勞性能滿足目標(biāo)，對(duì)該SUV車型底盤性能提供了重要的設(shè)計(jì)參考和風(fēng)險(xiǎn)把控，最終通過(guò)了路試考核。

2 前副車架CAE強(qiáng)度分析

2.1 前副車架FEA模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對(duì)某SUV前副車架進(jìn)行了建模，網(wǎng)格大小為5mm，對(duì)應(yīng)材料為SAPH440和QSTE 420TM，有限元模型如圖1所示。

2.2 前副車架CAE極限強(qiáng)度分析

本文分析前副車架極限強(qiáng)度工況為：靜態(tài)工況，轉(zhuǎn)彎工況，轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況，輪胎上抬工況，采用慣性釋放法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，模型無(wú)約束，輸入載荷為ADAMS計(jì)算輸出的結(jié)果。

前副車架極限強(qiáng)度分析結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)DVP工況進(jìn)行的前副車架強(qiáng)度分析結(jié)果表明（圖2）最大應(yīng)力出現(xiàn)在轉(zhuǎn)彎工況，最大應(yīng)力為455.3MPa，但小于材料QSTE420TM屈服強(qiáng)度480MPa，滿足設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度分析匯總結(jié)果如表1所示。

2.3 前副車架臺(tái)架疲勞CAE分析

本文對(duì)前副車架進(jìn)行了臺(tái)架疲勞CAE分析，工況為：Case1為Bracket Load X向加載1g，循壞次數(shù)25000次， CAE疲勞分析結(jié)果如圖3所示，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為損傷值小于0.1，CAE疲勞分析結(jié)果表明Case1前副車架最大疲勞損傷值為0.014，小于目標(biāo)值，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 前副車架臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試分析

3.1 前副車架臺(tái)架剛度試驗(yàn)分析

臺(tái)架試驗(yàn)是通過(guò)科學(xué)方法重現(xiàn)試驗(yàn)場(chǎng)載荷激勵(lì)，同時(shí)適當(dāng)加強(qiáng)，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件或整車的強(qiáng)度和抵抗疲勞性能摸底和評(píng)價(jià)，良好的臺(tái)架試驗(yàn)，可降低研發(fā)費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期[3]。

本文對(duì)前副車架進(jìn)行了臺(tái)架剛度測(cè)試，如圖4所示。剛度試驗(yàn)邊界條件為：副車架上擺臂前襯套支座（N1點(diǎn)）Y向8KN～-8KN，加載速度0.5KN/步，副車架上擺臂后襯套支座（N2點(diǎn)）Y向8KN～-8KN，加載速度0.5KN/步，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為N1和N2點(diǎn)剛度>5KN/mm。

按照上述試驗(yàn)邊界條件進(jìn)行剛度測(cè)試后，得到如下圖5的N1和N2剛度試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)擬合得出N1點(diǎn)剛度為22.5KN/mm，N2點(diǎn)剛度為15KN/mm，滿足目標(biāo)要求。

3.2 前副車架臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)分析

本文對(duì)前副車架進(jìn)行了擺臂連接點(diǎn)X和Y向臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：副車架前懸下擺臂（N3點(diǎn)）X和Y向分別加載16KN，加載速度為0.5KN/步，如果零件未失效，加載至1.6倍目標(biāo)力值，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為副車架無(wú)裂紋。擺臂連接點(diǎn)X向、Y向強(qiáng)度試驗(yàn)作動(dòng)缸力與位移曲線如圖6 所示，試驗(yàn)完成后，檢查未發(fā)現(xiàn)裂紋及塑性變形，滿足目標(biāo)要求。

4 結(jié)論

本文基于Hyperworks和Ncode有限元仿真分析軟件，對(duì)某城市型SUV前副車架進(jìn)行了極限強(qiáng)度和臺(tái)架工況疲勞CAE分析，同時(shí)結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)，進(jìn)行了前副車架剛度測(cè)試和臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)。CAE分析和臺(tái)架測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果表明，此車型前副車架剛強(qiáng)度性能及抗疲勞性能滿足目標(biāo)，最終通過(guò)了路試考核。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊蘭，楊勇等.基于臺(tái)架和道路試驗(yàn)驗(yàn)證的前副車架性能優(yōu)化[J].設(shè)計(jì)研究，2017，2（1）：22-25.

[2] 袁上海，趙俊.基于Nastran的汽車前副車架靜動(dòng)態(tài)特性分析 [J] 內(nèi)燃機(jī)與配件1994，13（1）：71-72.

[3] 許江濤，郭瑞霞.海基于虛擬技術(shù)某轎車前副車架疲勞試驗(yàn)的優(yōu)化 [J]南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，4（1）：1-5.