廉俊盛　謝穎　陳雷

摘要：某車型在試驗場進行強化耐久性試驗時，行駛致9000km時，下擺臂發(fā)生斷裂，經(jīng)過多方面分析，找到擺臂斷裂的原因，使用optistruct的自由形狀優(yōu)化，對斷裂位置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其滿足強度耐久需求。

關(guān)鍵詞：下擺臂;強化耐久;optistruct;自由形狀優(yōu)化

0? 引言

某車型在試驗場進行強化耐久試驗時，在車輛行駛9000km時，下擺臂上與減震器相連的位置發(fā)生斷裂。經(jīng)判定，排除了材料與工藝等問題，此次斷裂屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷。CAE分析結(jié)果顯示，原設(shè)計存在疲勞斷裂風(fēng)險。本文詳細闡述了利用optistruct的自由形狀優(yōu)化方法，得出優(yōu)化的方向，與設(shè)計部門確認可行性后，得出最終優(yōu)化方案。

1? 模型介紹

下擺臂連接轉(zhuǎn)向節(jié)、副車架、穩(wěn)定桿、彈簧及減震器。采用4mm二階四面體單元，模型共包含61867個單元，下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)、穩(wěn)定桿及阻尼減震器的連接使用rbe2，與彈簧及副車架的連接使用rbe3。下擺臂材料為鑄鐵，質(zhì)量為19kg。斷裂位置發(fā)生在與減震器連接點的附近。

2? 模型分析

2.1 原結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在行駛過程中，減震器推力過大，使下擺臂發(fā)生疲勞破壞。采用慣性釋放，模擬在行駛過程中減震器最大推力10000N，方向沿著減震器的方向。采用None觀察結(jié)果，最大應(yīng)力為304.7MPa，最大應(yīng)力位置與斷裂位置一致。

2.2 自由形狀優(yōu)化

使用optistruct的free shape優(yōu)化功能，先使用殼單元，做出可優(yōu)化的最大空間，將下擺臂質(zhì)量及應(yīng)力，設(shè)置為response，應(yīng)力響應(yīng)作為約束，設(shè)置上限為200MPa，質(zhì)量響應(yīng)作為目標(biāo)，設(shè)置為最小。

對比優(yōu)化的第一步與最后一步發(fā)現(xiàn)，在該工況下，在左側(cè)起筋，比右側(cè)起筋更高效。（圖4）

2.3 優(yōu)化后仿真結(jié)果

根據(jù)自由形狀優(yōu)化的結(jié)果，結(jié)合實際的工藝，在斷裂位置，順著臂的邊緣，增加了一條筋，再次進行相同工況的仿真，最大應(yīng)力為217.2MPa，優(yōu)化效果明顯。（圖5）

2.4 試驗驗證

新的下擺臂安裝到試驗車上，進行強化耐久試驗，跑完強化歷程15000km，下擺臂為發(fā)生斷裂，驗證了優(yōu)化方案的有效性。

3? 結(jié)論

通過自由形狀優(yōu)化，為設(shè)計提供參考，使下擺臂最大應(yīng)力從304.7MPa降到了217.2MPa，優(yōu)化后的下擺臂，滿足設(shè)計要求。驗證了自由形狀優(yōu)化是有效和可行的。

參考文獻：

[1]蘇玉珍，李成，賈紅雨，楊潔.某車型車架的有限元分析[J]. 機械設(shè)計與制造，2009（08）.

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[3]汪浩然，程潔.PROFINET技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機械臂控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2018（22）：209-210.

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作者簡介：廉俊盛（1990-），男，碩士， 研究方向為CAE結(jié)構(gòu)耐久;謝穎（1987-），女，本科， 研究方向為CAE結(jié)構(gòu)耐久;陳雷（1981-），男，碩士， 研究方向為CAE。