基于hypermesh的某輕卡車架強度分析及優(yōu)化

張楓，李冰

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基于hypermesh的某輕卡車架強度分析及優(yōu)化

張楓，李冰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用大型通用有限元分析軟件hypermesh建立車架的有限元模型，并對該車架進行了有限元分析，從而得出車架的應(yīng)力集中區(qū)，同時對計算結(jié)果分析，提出優(yōu)化方案，為車架方案設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。

車架；Hypermesh；有限元

引言

車架作為車輛承載基體，是重要的受力件，大部分部件，如動力總成，車身，車橋等都與車架直接聯(lián)接，在車輛行駛過程中，車架會承受來自路面的沖擊載荷以及扭轉(zhuǎn)，彎曲等多種載荷產(chǎn)生的彎矩和剪力，車架的強度性能不僅關(guān)系到整車的使用性能，而且還影響到車輛的行駛性能。對車架的要求是在保證足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性條件下，盡可能達到質(zhì)量輕，應(yīng)力分布均勻。但由于車架結(jié)構(gòu)復雜，受力也復雜，很難用簡單的力學方法進行強度，剛度的計算和應(yīng)力分析。本文基于有限元方法可以比較準確地計算出車架整體及各部件在不同使用工況下得應(yīng)力狀態(tài)，并對不合理結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

1 車架有限元模型處理

此車架為變截面等寬車架，共6根橫梁，橫梁與縱梁連接采用焊接方式，各種焊板若干。用UG建立的三維模型如圖：

1.1 車架及其組件的網(wǎng)格劃分

本文使用Hypermesh軟件建立整車的有限元模型，取長度單位為mm，力單位N，重力加速度取g=9800mm/s2。車架縱梁和橫梁的材料為510L，材料力學性能如下表所示。

表1 材料力學性能表

劃分車架網(wǎng)格時，考慮其長度較長，并且結(jié)構(gòu)復雜，前處理的工作量較大，有限元網(wǎng)格單元尺寸按10mm劃分，絕大多數(shù)網(wǎng)格使用QUAD4單元，少量用TRIA3板殼單元。有限元模型如下圖。

1.2 約束與載荷的施加以及邊界條件的設(shè)定

根據(jù)車輛的使用情況，對車輛設(shè)定工況及邊界條件，見下表：

表2 車輛工況及邊界條件

2 車架的強度分析

2.1 車架結(jié)構(gòu)強度計算

使用MSC.Nastran軟件求解器對車架系統(tǒng)的有限元模型求解，計算得到各分析工況的VonMises應(yīng)力和危險部位，與所用材料的屈服強度極限相比，可判定其強度可行性。仿真求解，判斷出車架薄弱部位并加強，加強方案如下：

圖3 優(yōu)化前后對比圖

對加強后的車架再分析，對比原車架分析結(jié)果如下：

圖4 車架加強前后對比圖

2.2 車架結(jié)構(gòu)強度計算分析

此車架在勻速直線運動、啟動或加速、制動、轉(zhuǎn)向及扭轉(zhuǎn)五工況下的屈服安全系數(shù)分別為1.5、1.5、1.8、0.8、1.5，只有轉(zhuǎn)向工況下不能滿足安全系數(shù)≥1.5的要求，對車架加強后，在轉(zhuǎn)向工況，車架的屈服破壞安全系數(shù)提高到了1.8，滿足要求，即車架在各工況下不會發(fā)生屈服變形。

3 結(jié)論

本文詳細討論了使用有限元法進行車架強度分析問題，通過使用Hypermesh軟件劃分車架各組件的有限元網(wǎng)格，對有限元組件的連接裝配，約束和載荷的施加及邊界條件設(shè)定等步驟，建立了客車車架強度分析的有限元模型。使用MSC.Nastran求解器進行了車架強度的分析計算，得到了該車架主要載荷工況時的應(yīng)力分布狀況，以及車架結(jié)構(gòu)的強度特點。結(jié)果表明，該車架加強后的結(jié)構(gòu)在各工況下的最大應(yīng)力均在材料的屈服強度以內(nèi)，屈服安全系數(shù)大于1.5，滿足設(shè)計使用要求。

[1] 陳家瑞,汽車構(gòu)造[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.

[2] 王望予.汽車設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[3] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計.北京:清華大學出版社,2010.

[4] 賀李平.ANSYSY14.5與Hypermesh12.0聯(lián)合仿真有限元分析.北京:機械工業(yè)出版社,2014.

Strength analysis and optimization of a frame based on hypermesh

Zhang Feng, Li Bing

( Anhui jianghuai automobile group co. LTD., Anhui Hefei 230601 )

s:In this paper, the finite element model of the frame is established by means of hypermesh, a general finite element analysis software, and the finite element analysis of the frame is carried out to obtain the stress concentration area of the frame.

Frame; Hypermesh; Finite element

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1671-7988(2018)24-121-02

U463.32

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U463.32

張楓，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司輕型商用車研究院，從事底盤設(shè)計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.044