鄒夕，肖隆清

基于Nastran的某SUV后副車架力學(xué)性能仿真和試驗(yàn)研究

鄒夕，肖隆清

（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）

后副車架是SUV底盤關(guān)鍵承載部件，對整車性能有重要影響，文章針對某SUV車型后副車架進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞CAE分析和研究，同時(shí)進(jìn)行了臺架對標(biāo)剛度測試和強(qiáng)度工況測試，結(jié)果表明此SUV后副車架剛強(qiáng)度和抗疲勞性能滿足目標(biāo)要求。

后副車架；疲勞強(qiáng)度；性能

1 引言

隨著新冠疫情復(fù)蘇后經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國民出行交通工具改善需求越來越強(qiáng)烈，各種形式多樣的SUV銷量也得到快速增長，國人對于SUV整車性能品質(zhì)要求也提升。副車架是底盤系統(tǒng)關(guān)鍵受力件，對整車耐久可靠性、操穩(wěn)舒適性的影響巨大，其也為轉(zhuǎn)向機(jī)、下擺臂等部件提供了安裝基體[1-3]。而且后副車架有效連接了各種底盤懸架元件，提高了懸掛系統(tǒng)優(yōu)越性能[4-5]，故本文開展城市運(yùn)動版后副車架的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能具有重要的價(jià)值。

本文基于某新平臺城市運(yùn)動版SUV車型研究設(shè)計(jì)新的后副車架系統(tǒng)，為確保其滿足設(shè)計(jì)性能目標(biāo)，基于汽車設(shè)計(jì)理論和數(shù)值分析理論，采用Nastran軟件，對某城市運(yùn)動版SUV后副車架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和臺架工況疲勞耐久分析，同時(shí)進(jìn)行了后副車架剛度對標(biāo)測試和強(qiáng)度對標(biāo)試驗(yàn)，結(jié)果表明，此SUV車型后副車架強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度及疲勞耐久性能滿足目標(biāo)。

2 后副車架CAE強(qiáng)度分析

2.1 后副車架有需要模型

本文利用Hyperworks數(shù)值仿真分析軟件，對某城市運(yùn)動版SUV車型后副車架系統(tǒng)進(jìn)行了有限元建模，網(wǎng)格大小為4mm，對應(yīng)材料為QSTE500，其對應(yīng)屈服強(qiáng)度分別為500 MPa，如圖1。

圖1 某城市運(yùn)動版SUV的后副車架FEA模型

2.2 后副車架CAE強(qiáng)度分析

本文開展了后副車架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能理論研究，極限強(qiáng)度分析工況分別為單輪胎上跳工況，整車對扭工況，緊急制動工況，極限轉(zhuǎn)彎工況，基于慣性釋放法理論，輸入載荷為經(jīng)多體分析軟件仿真得到的結(jié)果，強(qiáng)度分析結(jié)果如圖2。

后副車架系統(tǒng)強(qiáng)度分析最大峰值應(yīng)力出現(xiàn)在極限轉(zhuǎn)彎工況，最大應(yīng)力為440.6MPa，小于材料QSTE500屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，匯總結(jié)果如表1。

表1 后副車架強(qiáng)度分析結(jié)果表

2.3 后副車架臺架疲勞CAE分析

本文對某城市運(yùn)動版SUV車型后副車架進(jìn)行了疲勞性能分析，工況為：Case1為Bracket Load 橫向加載1g激勵(lì)，疲勞循環(huán)次數(shù)N=20000次，Case2為Lateral Load Y向加載1g激勵(lì)，結(jié)果見圖3，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：所有零部件損傷值須小于5.5，CAE結(jié)果表明Case1后副車架最大疲勞損傷值為5.1，而Case2最大疲勞損傷值為0.4，兩個(gè)工況疲勞強(qiáng)度都滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖3 后副車架臺架CAE疲勞分析結(jié)果

3 后副車架臺架對標(biāo)試驗(yàn)分析

3.1 后副車架臺架剛度對標(biāo)試驗(yàn)分析

本文對某SUV車型后副車架系統(tǒng)進(jìn)行了臺架剛度對標(biāo)試驗(yàn)，如圖4。剛度試驗(yàn)載荷邊界條件為：后懸上控制臂連接點(diǎn)Y軸方向剛度試驗(yàn)加載從-8KN到+8KN，后懸前下擺臂連接點(diǎn)Y軸方向剛度試驗(yàn)加載從-8KN到+8KN。

圖4 后副車架剛度臺架對標(biāo)試驗(yàn)

圖5 后副車架剛度測試結(jié)果

采用上述試驗(yàn)裝置進(jìn)行剛度臺架對標(biāo)試驗(yàn)，得到如圖5的兩個(gè)測點(diǎn)N1和N2剛度試驗(yàn)結(jié)果，利用數(shù)值分析理論的最小擬二乘法，得到測點(diǎn)N1點(diǎn)剛度為31.5KN/mm，測點(diǎn)N2點(diǎn)剛度為36KN/mm，滿足目標(biāo)。

3.2 后副車架臺架強(qiáng)度對標(biāo)試驗(yàn)分析

圖6 后副車架臺架強(qiáng)度試驗(yàn)

表2 后副車架臺架強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

本文對某城市版SUV車型的后副車架分別進(jìn)行了擺臂連接點(diǎn)X向和Z向臺架強(qiáng)度對標(biāo)試驗(yàn)，載荷激勵(lì)為：后副車架的下擺臂X橫向和高度Z向分別加載15KN，加載速度為1KN/步，若零件未出現(xiàn)塑性變形，加載至1.5倍目標(biāo)載荷數(shù)值，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為后副車架需未出現(xiàn)裂紋問題，試驗(yàn)工況如圖6所示，試驗(yàn)完成后，檢查未發(fā)現(xiàn)裂紋及塑性變形，后副車架下擺臂連接點(diǎn)Z軸方向強(qiáng)度如表2所示，滿足目標(biāo)要求。

4 結(jié)論

本文基于汽車設(shè)計(jì)理論和數(shù)值分析理論，結(jié)合NASTRAN有限元分析軟件，對某城市運(yùn)動版SUV車型的后副車架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和臺架疲勞CAE分析，同時(shí)進(jìn)行了后副車架剛度對標(biāo)測試和臺架強(qiáng)度對標(biāo)試驗(yàn)。結(jié)果表明，該城市運(yùn)動版SUV車型后副車架剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能及疲勞耐久性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1] 胡永然,吳靜,黃勤.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):31-33.

[2] 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):88-91.

[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):91-94.

[4] 楊蘭,楊勇,杜華等.基于臺架和道路試驗(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.

[5] 容家坤.基于ABAQUS的后副車架結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[J].汽車零部件,2020,10(1):14-18.

Simulation and Experimental Study on Mechanical Properties of Rear Sub-frame of an SUV with Nastran

Zou Xi, Xiao Longqing

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

The rear sub-frame is the key load-bearing component of the SUV chassis, which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper, the strength and fatigue CAE analysis and research are carried out for the rear sub-frame of a SUV, and then the bench stiffness test and strength condition test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the stiffness, strength and anti-fatigue performance of the rear sub frame of SUV meet the target requirements.

Rear sub-frame; Fatigue strength; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.036

U463.32

A

1671-7988(2021)03-119-03

U463.32

A

1671-7988(2021)03-119-03

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