周宗昊,周剛,趙永利,宋磊,樊天博,張明
(陜西萬(wàn)方汽車零部件有限公司,陜西 西安 710200)
擋泥板支架作為重型卡車車身附件的主要部分之一,通過(guò)螺栓固定在車架上,在車輛行駛過(guò)程中承受地面的沖擊載荷。在路況較差的情況下,擋泥板支架會(huì)加劇晃動(dòng),所受的瞬時(shí)沖擊力也會(huì)隨之增大,進(jìn)而導(dǎo)致最大應(yīng)力集中點(diǎn)處出現(xiàn)裂紋甚至發(fā)生斷裂。若在行駛過(guò)程中發(fā)生斷裂,擋泥板支架有可能會(huì)發(fā)生脫落,從而帶來(lái)安全隱患。本次分析的擋泥板支架在使用過(guò)程中出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象,且斷裂件較多,因此,需對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析并且進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,從而保證車輛在以后行駛過(guò)程中擋泥板支架能滿足性能要求。
針對(duì)以上情況,本文采用有限元軟件HyperMesh對(duì)某重卡擋泥板支架在跳動(dòng)工況下進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析,通過(guò)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了仿真結(jié)果與實(shí)際斷裂位置的一致性,并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后的擋泥板支架強(qiáng)度相比之前有了很大提高。
由于擋泥板支架安裝位置受空間限制,因此需要懸臂較長(zhǎng)的擋泥板支架,但這同樣會(huì)加劇擋泥板的抖動(dòng),且支架管與底座之間焊縫過(guò)多,極易造成局部熱應(yīng)力,從而導(dǎo)致應(yīng)力集中造成擋泥板支架斷裂[1]。為了找出斷裂原因,對(duì)斷裂件在跳動(dòng)工況下進(jìn)行有限元仿真分析,通過(guò)分析結(jié)果看出擋泥板支架最大應(yīng)力位置(見(jiàn)圖1)與實(shí)際斷裂位置(見(jiàn)圖2)相吻合[1]。從而可以確定擋泥板支架斷裂是支架管與底座焊接處的最大應(yīng)力大于材料本身屈服強(qiáng)度導(dǎo)致的[1-2]。因此需要對(duì)底座和支架管進(jìn)行優(yōu)化,降低其應(yīng)力,進(jìn)而滿足性能要求。
圖1 擋泥板支架應(yīng)力云圖
圖2 擋泥板支架實(shí)際斷裂圖
針對(duì)擋泥板支架斷裂現(xiàn)象,本文對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化(見(jiàn)圖3,圖4),底座和支架管相比原方案有所改變,底座材料由原來(lái)的Q235更換成RZG310-570,整體重量也有原來(lái)的7.037kg降低到5.62kg,焊縫連接也相對(duì)減少。
圖3 擋泥板支架原方案
圖4 擋泥板支架優(yōu)化方案
應(yīng)用HyperMesh軟件對(duì)模型進(jìn)行幾何清理和網(wǎng)格劃分(見(jiàn)圖5),模擬擋泥板支架在卡車行駛過(guò)程中受到地面Z方向-10g沖擊載荷。
圖5 有限元模型
擋泥板支架受到地面Z方向-10g沖擊載荷分析結(jié)果(見(jiàn)圖6,圖7):
圖6 支架管應(yīng)力云圖
圖7 底座應(yīng)力云圖
原方案與優(yōu)化方案應(yīng)力結(jié)果對(duì)比(見(jiàn)表1)。
表1 仿真分析計(jì)算結(jié)果
通過(guò)應(yīng)力云圖和應(yīng)力結(jié)果可以看出,優(yōu)化方案底座和支架管的最小安全因子相比原方案都有所增加,且優(yōu)化方案重量相比原方案更輕,不僅提高了安全性能,而且也滿足了輕量化需求,進(jìn)而節(jié)約了成本。
通過(guò)靜力學(xué)仿真分析可知擋泥板支架斷裂位置強(qiáng)度不滿足靜力學(xué)分析要求,通過(guò)仿真分析得出擋泥板支架最大應(yīng)力集中位置與實(shí)際斷裂位置相吻合,從而驗(yàn)證了靜力學(xué)仿真的有效性和準(zhǔn)確性。此外,通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化,擋泥板支架強(qiáng)度有了很大的提高,能夠滿足強(qiáng)度要求。