張鑫，劉智彬

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，江西 南昌 330052)

下擺臂作為懸架的重要組成部分，承擔(dān)傳力和導(dǎo)向作用，結(jié)構(gòu)的好壞直接影響汽車的行駛性能。某車型售后出現(xiàn)多起下擺臂A點(diǎn)、G點(diǎn)襯套的加強(qiáng)板開口處鈑金開裂及斷裂情況，其中1臺車多次出現(xiàn)這類故障，導(dǎo)致車輛無法正常行駛。經(jīng)調(diào)查分析，導(dǎo)致這類事故的主要原因?yàn)橄聰[臂G點(diǎn)襯套安裝附近的雪沒有被排出而堆積結(jié)冰，導(dǎo)致下擺臂上下變位受限，影響其運(yùn)動性能，在板金端部發(fā)生較大應(yīng)力而使加強(qiáng)板出現(xiàn)龜裂，在后續(xù)行駛過程中受力加速龜裂，最終導(dǎo)致斷裂。為改善該問題，建立下擺臂及其連接部件模型，通過CAE耐久性分析對加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 CAE耐久性分析

1.1 建立有限元模型

建立下擺臂及其連接件有限元模型，主要包括轉(zhuǎn)向節(jié)、下擺臂和副車架(見圖1)。將模型導(dǎo)入ABAQUS中，單元類型設(shè)置見表1。

圖1 下擺臂及相關(guān)零件模型

表1 解釋變量

襯套采用Bush單元，賦予六向剛度曲線進(jìn)行模擬，襯套六向剛度曲線見圖2。

S向、T向剛度曲線重合

1.2 耐久性分析結(jié)果

基于下擺臂及相關(guān)零件模型，采用ABAQUS軟件并基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加載，對3種工況下下擺臂耐久情況進(jìn)行分析，包括6個方向(左右、前后、上下)的應(yīng)力。如圖3、表2所示，左右、上下方向應(yīng)力幅值適中；前后方向下擺臂本體及加強(qiáng)板的應(yīng)力幅值最大，分別為222.3、180.4 MPa。對各方向加載點(diǎn)的位移進(jìn)行校核，位移值滿足設(shè)計要求。

圖3 下擺臂前后方向應(yīng)力(單位：MPa)

表2 優(yōu)化前后各方向應(yīng)力幅值 MPa

2 優(yōu)化設(shè)計

2.1 優(yōu)化方案

基于CAE耐久性分析結(jié)果對加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：將靠近下擺臂球頭處的加強(qiáng)板改短，并取消加強(qiáng)板中原有凹口(見圖4)。優(yōu)化后重量減輕41 g，符合輕量化要求。

圖4 加強(qiáng)板優(yōu)化前后對比

2.2 優(yōu)化前后CAE耐久性對比

如表2所示，加強(qiáng)板優(yōu)化后，下擺臂在各個方向的應(yīng)力幅值都小于優(yōu)化前，加強(qiáng)板的應(yīng)力幅值下降幅度比本體應(yīng)力幅值下降更明顯，尤其是在前后方向，加強(qiáng)板的應(yīng)力幅值由180.4 MPa降為104.3 MPa(見圖5)。應(yīng)力下降，能改善斷裂問題。

對加載點(diǎn)位移進(jìn)行校核，優(yōu)化后下擺臂3個方向加載點(diǎn)的位移與優(yōu)化前相當(dāng)，對下擺臂的運(yùn)動無影響。

表3 優(yōu)化前后加載點(diǎn)位移 mm

3 結(jié)語

通過CAE耐久性分析，對下擺臂加強(qiáng)板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后3種工況下下擺臂的應(yīng)力幅值均小于優(yōu)化前，表明優(yōu)化后下擺臂壽命優(yōu)于優(yōu)化前；在相同工況下，優(yōu)化后下擺臂加載點(diǎn)的位移和優(yōu)化前相當(dāng)，對下擺臂的運(yùn)動無影響。