許元洪 林賢坤 彭永東 苗明達(dá)

摘 要：通過有限元軟件HyperWorks對某汽車扭力梁在側(cè)向工況、扭轉(zhuǎn)工況、制動工況下的情況進(jìn)行數(shù)值仿真，分析扭力梁在各個工況下的應(yīng)力分布狀況，根據(jù)后處理云圖找出扭力梁在各個工況下的風(fēng)險點，為后期扭力梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供方向和思路。

關(guān)鍵詞：扭力梁；數(shù)值仿真；強(qiáng)度；應(yīng)力分布；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.002

1 引言

扭力梁是汽車底盤中的重要部件，其結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，維修方便且價格便宜，被廣泛用于前輪驅(qū)動的中小型家庭轎車的后懸架系統(tǒng)中，傳遞著車身與路面各個方向上的作用力。其自身具有一定的扭轉(zhuǎn)剛度，可以起到與橫向穩(wěn)定桿相同的作用，增加車輛的側(cè)傾剛度，提高車輛的側(cè)傾穩(wěn)定性。

2 有限元模型的建立

扭力梁有限元模型如圖1所示。其中包括襯套管、襯套管加強(qiáng)板、縱臂、橫梁、彈簧座、減振器支架、輪轂安裝支架、輪轂安裝支架加強(qiáng)板等部件，各部件之間通過具有厚度的網(wǎng)格進(jìn)行焊縫模擬，用具有剛性的rigids單元對輪轂進(jìn)行模擬，對整個扭力梁采用四邊形劃分，材料特性：彈性模量=2.1E+05N/mm2，泊松比=0.3，密度=7.89E-09Ton/mm3。三個工況中分別約束襯套連接車身端XYZ三個方向上的平動；側(cè)向工況中輪心左側(cè)位置未約束，右側(cè)位置約束XYZ方向的平動，在Z方向施加6200N的力施力點為輪胎接地點；扭轉(zhuǎn)工況中輪心左右位置約束Z方向上的平動，在左右輪心處施加強(qiáng)迫位移64.5mm；制動工況中輪心左右位置約束Z方向上的平動在X方向施加10300N的力，施力點為輪胎接地點。

3 仿真結(jié)果分析

側(cè)向工況中，扭力梁最大應(yīng)力為420.89MPa，位于彈簧座位置，最大值大于材料屈服極限；扭轉(zhuǎn)工況中，扭力梁最大應(yīng)力為363.78MPa，位于橫梁位置，最大值小于材料屈服極限；制動工況中，扭力梁最大應(yīng)力為456.76MPa，位于彈簧座位置，最大值大于材料屈服極限；各工況應(yīng)力云圖如圖2所示。在各個工況下受到的最大應(yīng)力是不相等的，而且各工況下的風(fēng)險點也是不同，在產(chǎn)品設(shè)計的過程中應(yīng)該注意彈簧座與焊縫相連的拐角部分，因為在側(cè)向工況和制動工況下受力超過材料的屈服極限，在扭力梁工作過程中會產(chǎn)生疲勞斷裂，從而造成一定的危險性。

4 結(jié)果與討論

本文以某汽車扭力梁為例，根據(jù)其在運(yùn)行過程中所受載荷及載荷分配不均，結(jié)合臺架實驗中出現(xiàn)的問題，運(yùn)用有限元軟件HyperWorks建立扭力梁的有限元模型，進(jìn)行強(qiáng)度分析，具體結(jié)論如下：

a.在側(cè)向和制動工況中，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在彈簧座處并且高于材料的極限屈服強(qiáng)度，在實際工況中扭力梁會因為應(yīng)力過大而導(dǎo)致斷裂。

b.通過對側(cè)向，扭轉(zhuǎn)，制動三種典型工況分析，找出扭力梁在各個工況下的風(fēng)險點即所受應(yīng)力超過材料屈服極限的點，對后扭力梁的優(yōu)化及開發(fā)起到了重要的參考價值和借鑒意義。

c.利用有限元軟件分析可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，減少實驗的次數(shù)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，具有十分重要的意義。

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作者簡介：許元洪（1990-），男，河南周口人，碩士研究生在讀，研究方向：汽車輕量化。