車架疲勞臺架試驗(yàn)及驗(yàn)證

洪學(xué)臣

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥230601）

車架疲勞臺架試驗(yàn)及驗(yàn)證

洪學(xué)臣

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥230601）

利用臺架檢測車架的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，運(yùn)用臺架進(jìn)行車架彎曲疲勞試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)，快速檢驗(yàn)車架的可靠性，并運(yùn)用有限元分析法驗(yàn)證臺架試驗(yàn)狀況下的車架的剛度和車架的應(yīng)力分布情況，結(jié)合車輛的路試情況來判斷臺架試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

車架；疲勞；臺架試驗(yàn)；有限元

CLC NO.:U467.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-85-03

引言

汽車行駛過程中大梁受力狀況十分復(fù)雜，它不僅承載自重和載重量的靜載荷，同時(shí)承受車輛運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)載荷。在平坦的道路上行駛時(shí)，車架主要承受彎曲應(yīng)力；在較差的路況下路面行駛時(shí)，車架上處產(chǎn)生彎曲應(yīng)力以外，由于載荷重心偏離，車架及固定在車架上的部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，橫梁及固定在車架上的總成件阻礙這種變形，使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[1][4]；本文運(yùn)用臺架檢測車架剛度，進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，并結(jié)合有限元分析法和車輛的路試情況，判斷臺架試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

1、臺架試驗(yàn)安裝

1.1 彎曲疲勞試驗(yàn)安裝

固定車架前后懸掛安裝點(diǎn)，固定方式采取鉸接方式。固定不得影響車架變形，且能保證兩縱梁形成的平面與加載方向垂直，以整車質(zhì)心位置為加載點(diǎn)，將車架與加載設(shè)備之間通過鉸接連接[3]，加載時(shí)，在加載點(diǎn)逐次施加5kN、10kN、15kN、20kN四種載荷（試驗(yàn)時(shí)扣除橫梁的質(zhì)量），具體如下圖1、2所示。

1.2 扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)安裝

固定車架前懸掛安裝點(diǎn)，固定方式采取鉸接方式。后懸掛安裝點(diǎn)通過鉸接與橫梁剛性聯(lián)接。聯(lián)接夾具不得影響車架變形；初始狀態(tài)，加載方向與車架垂直。

加載夾具一端通過鉸接與加載設(shè)備之間通過鉸接連接，加載時(shí)，使后軸與車架平面所成角度為±1o、±2o、±3o、±4o四種角度[3]。

2、有限元分析

2.1 模型描述

根據(jù)車架數(shù)模及臺架安裝情況建立車架的有限元分析模型，如圖1所示。鈑金件采用SHELL單元離散，縫焊采用RBE2單元模擬[2]。分析中使用的軟件有ANSA、NASTRAN和HYPERVIEW。

2.2 邊界條件

彎曲剛度邊界條件如圖6所示，前懸架連接處約束XYZ向自由度、后懸架輪軸處約束釋放X向平移和繞Y軸旋轉(zhuǎn)自由度，在縱梁上位于前后約束的中點(diǎn)位置，左右各施加10000N的垂向載荷。

扭轉(zhuǎn)剛度邊界條件如圖7所示，在后懸架輪軸處進(jìn)行全約束，在前懸架與車架連接處局部坐標(biāo)系下約束12356自由度，釋放繞X軸旋轉(zhuǎn)自由度，在旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)施加繞X軸4°的角度。

2.3 車架應(yīng)力分布

應(yīng)力云圖如圖8、9所示。通過應(yīng)力云圖可知車架的應(yīng)力分布比較均勻，扭轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)最大受力區(qū)域?yàn)檐嚰艿谖鍣M梁處，后板簧前安裝支座與縱梁連接處，該區(qū)域的最大應(yīng)力321.8MPa，小于車架材料的抗拉強(qiáng)度。

3、疲勞耐久試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

表1 試驗(yàn)方法

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

55427次試驗(yàn)后，第四根橫梁與縱梁焊接處出現(xiàn)裂紋，開裂部位與CAE分析結(jié)果的高應(yīng)力區(qū)位置一致。

4、道路可靠性驗(yàn)證

進(jìn)行兩輪道路可靠性驗(yàn)證，臺架開裂處部位，試驗(yàn)車輛均發(fā)生開裂。

兩輛試驗(yàn)樣車車架開裂部位相同，與臺架驗(yàn)證情況相同，結(jié)果局部優(yōu)化處理，目前問題已經(jīng)解決。

5、結(jié)論

通過車架的臺架疲勞試驗(yàn)，結(jié)合CAE分析結(jié)果與路試結(jié)果，臺架試驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)際情況基本保持一致，這表明車架的臺架疲勞試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確模擬出車架的實(shí)際強(qiáng)度情況，在后期的研發(fā)中可應(yīng)用臺架疲勞試驗(yàn)來檢驗(yàn)車架強(qiáng)度狀況，能夠比較快速驗(yàn)證車架的薄弱點(diǎn)，快速整改快速驗(yàn)證，從而降低研發(fā)成本和研發(fā)周期。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（第四版）[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 張鐵山,胡建立,唐云.輕型汽車車架動(dòng)態(tài)有限元分析[N].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001．25(6).

[3] 石云.副車架疲勞臺架試驗(yàn)及驗(yàn)證[J].傳動(dòng)技術(shù)，2012.26（1）.

[4] 武田信之,方永龍（譯）,陳家瑞（校）.載貨汽車設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社，1997.8.

The vehicle frame Fatigue Bench Test and Verification

Hong Xuechen
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Use bench testing frame bending stiffness and torsional rigidity, the use of the gantry frame bending fatigue tests performed and torsion fatigue test, rapid test the reliability of the frame, and the use of finite element analysis to verify the situation under bench frame stiffness and stress distribution frame, combined with vehicle road test case to determine the accuracy of the bench.

vehicle frame; durability; rig test; finite element

U467.4

A

1671-7988(2015)07-85-03

洪學(xué)臣，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。