張晶晶，劉宇，陳海

基于ABAQUS的某SUV前轉(zhuǎn)向節(jié)力學(xué)性能仿真和試驗(yàn)研究

張晶晶，劉宇，陳海

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

前轉(zhuǎn)向節(jié)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前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞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前轉(zhuǎn)向節(jié)零件的力學(xué)性能滿足目標(biāo)要求。

前轉(zhuǎn)向節(jié)；強(qiáng)度；力學(xué)性能

1 引言

隨著疫情得到控制后，國民經(jīng)濟(jì)快速復(fù)蘇，乘用車尤其SUV銷量得到井噴式發(fā)展，與此同時(shí)，人們對(duì)于SUV車型的乘坐舒適性要求也越來越高。前轉(zhuǎn)向節(jié)，作為底盤系統(tǒng)重要安全零件，起到承受載荷和轉(zhuǎn)向的重要作用，同時(shí)將懸架、前軸、制動(dòng)器和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有效的連接，對(duì)底盤系統(tǒng)綜合性能發(fā)揮起到重要作用[1-4]，故研究前轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能具有重要價(jià)值。

本文研究源于某新越野版SUV需新開發(fā)前轉(zhuǎn)向節(jié)，為使其結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度和疲勞耐久性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，基于ABAQUS軟件，對(duì)某越野型SUV前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞CAE分析，結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)，進(jìn)行了前轉(zhuǎn)向節(jié)剛度對(duì)標(biāo)測(cè)試和臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明此越野版SUV車型前轉(zhuǎn)向節(jié)剛強(qiáng)度性能及抗疲勞性能滿足目標(biāo)。

2 前轉(zhuǎn)向節(jié)CAE分析

2.1 后副車架FEA模型

本文采用ABAQUS軟件，對(duì)某越野版SUV前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了有限元建模，網(wǎng)格大小為3mm，對(duì)應(yīng)材料為QT450-10A，其對(duì)應(yīng)屈服強(qiáng)度為310MPa，有限元模型如圖1所示。

2.2 前轉(zhuǎn)向節(jié)CAE強(qiáng)度分析

本文開展了某越野版SUV前轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度性能分析，強(qiáng)度工況為：整車扭轉(zhuǎn)工況，極限制動(dòng)工況，緊急轉(zhuǎn)彎工況，采用慣性釋放法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，模型無約束，輸入載荷為ADAMS計(jì)算輸出的載荷激勵(lì)。前轉(zhuǎn)向節(jié)零件的強(qiáng)度分析結(jié)果如圖2。

圖1 某越野版SUV前轉(zhuǎn)向節(jié) FEA模型

圖2 前轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果

根據(jù)整車設(shè)計(jì)DVP規(guī)范工況，進(jìn)行前轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果表明，最大應(yīng)力出現(xiàn)在緊急轉(zhuǎn)彎工況，峰值應(yīng)力為293MPa，小于材料屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，強(qiáng)度分析匯總結(jié)果如表1。

表1 前轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果表

2.3 前轉(zhuǎn)向節(jié)臺(tái)架疲勞CAE分析

本文對(duì)某越野版SUV車型的前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了臺(tái)架疲勞CAE分析，工況為Bracket Load X向加載1g，循環(huán)次數(shù)20000次，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為損傷值小于1.5，CAE分析結(jié)果表明前轉(zhuǎn)向節(jié)最大疲勞損傷值為0.3，損傷值小于目標(biāo)值，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 前轉(zhuǎn)向節(jié)臺(tái)架CAE疲勞分析結(jié)果

3 前轉(zhuǎn)向節(jié)臺(tái)架試驗(yàn)分析

3.1 前轉(zhuǎn)向節(jié)臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)分析

臺(tái)架試驗(yàn)是整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的驗(yàn)證方法，通過再現(xiàn)道路試驗(yàn)場(chǎng)載荷激勵(lì)，以實(shí)現(xiàn)底盤系統(tǒng)關(guān)鍵零部件或整車疲勞耐久性能評(píng)估驗(yàn)證，可降低研發(fā)費(fèi)用，縮短開發(fā)周期[5]。

本文對(duì)前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了臺(tái)架垂向極限和縱向極限強(qiáng)度測(cè)試，如圖4所示。臺(tái)架試驗(yàn)邊界條件為：垂向極限工況在輪心處沿Z方向逐步施加載荷至17.2KN，縱向極限工況為在輪心處施加恒定載荷5.45KN，沿輪心處X正負(fù)方向逐步施加載荷至13.5KN，按照?qǐng)D5，對(duì)臺(tái)架缸體進(jìn)行加載，試驗(yàn)完成后，檢查未發(fā)現(xiàn)裂紋，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 前轉(zhuǎn)向節(jié)臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)

圖5 前轉(zhuǎn)向節(jié)作動(dòng)缸施力-位移圖

3.2 前轉(zhuǎn)向節(jié)臺(tái)架剛度試驗(yàn)分析

3.2.1前轉(zhuǎn)向節(jié)制動(dòng)支撐點(diǎn)剛度試驗(yàn)分析

本文對(duì)某SUV進(jìn)行了前轉(zhuǎn)向節(jié)制動(dòng)支撐點(diǎn)的臺(tái)架剛度試驗(yàn)，如圖6所示，試驗(yàn)條件為：沿著轉(zhuǎn)向節(jié)1和2點(diǎn)Y向逐步施加載荷至20KN。

本文對(duì)某SUV前轉(zhuǎn)向節(jié)零件，按照上述邊界條件，進(jìn)行制動(dòng)支撐點(diǎn)臺(tái)架剛度試驗(yàn)，得到表2剛度結(jié)果，獲得測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2剛度值為16.2KN/mm和30.5KN/mm。

表2 前轉(zhuǎn)向節(jié)制動(dòng)支撐點(diǎn)剛度結(jié)果表

3.2.2前轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向剛度試驗(yàn)分析

本文對(duì)某SUV進(jìn)行了前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了剛度試驗(yàn)，試驗(yàn)工況如圖8所示，試驗(yàn)邊界條件為在輪胎接地點(diǎn)中心點(diǎn)施加Y向載荷至5KN。

圖7 前轉(zhuǎn)向節(jié)剛度試驗(yàn)

表3 前轉(zhuǎn)向節(jié)剛度試驗(yàn)結(jié)果

表3為前轉(zhuǎn)向節(jié)剛度試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)剛度值為：測(cè)點(diǎn)1的剛度為0.072KN/mm，測(cè)點(diǎn)2的剛度為0.669KN/ mm，測(cè)點(diǎn)3的剛度為0.65KN/mm，滿足目標(biāo)大于0.028KN/ mm。

4 結(jié)論

本文基于ABAQUS有限元分析軟件，對(duì)某越野型SUV前轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞CAE分析，結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)，進(jìn)行了前轉(zhuǎn)向節(jié)剛度對(duì)標(biāo)測(cè)試和臺(tái)架強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明此越野版SUV車型前轉(zhuǎn)向節(jié)剛強(qiáng)度性能及抗疲勞性能滿足目標(biāo)。

[1] 張博文.基于試驗(yàn)工況的轉(zhuǎn)向節(jié)CAE分析[D].湖北:湖北汽車工業(yè)學(xué)院,2017.

[2] 胡永然.基于Hyperworks的某SUV前副車架強(qiáng)度疲勞性能優(yōu)化研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2020(16):31-34.

[3] 謝邵龍.基于ABAQUS的某SUV引擎蓋力學(xué)性能仿真與試驗(yàn)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2020(20):28-30.

[4] 許江濤,郭瑞霞. ?；谔摂M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.

[5] 劉敏.某乘用車型后懸控制臂力學(xué)性能仿真和試驗(yàn)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2020(18):35-39.

Simulation and Experimental Study on Mechanical Properties of Front Steering Knuckle of an SUV with ABAQUS

Zhang Jingjing, Liu Yu, Chen Hai

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

The front knuckle is the load-bearing component of SUV chassis, which has an important impact on the perfor -mance of the whole vehicle.In this paper, the strength and fatigue CAE analysis and research are carried out for a SUV front knuckle, then the bench stiffness test and strength test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the knuckle part meet the target requirement.

Front steering knuckle; Strength; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.033

U467

A

1671-7988(2021)03-109-03

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張晶晶，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。