基于Ncode的某SUV后轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度疲勞性能仿真和試驗研究

李文凱，黃勤，陳明亮

基于Ncode的某SUV后轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度疲勞性能仿真和試驗研究

李文凱，黃勤，陳明亮

（江西五十鈴汽車有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330010）

后轉(zhuǎn)向節(jié)是SUV車型底盤系統(tǒng)的關(guān)鍵承載部件，對整車性能有重要影響，文章針對某SUV后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞CAE分析，然后進(jìn)行了臺架剛度測試和強(qiáng)度與疲勞測試，CAE分析和臺架試驗結(jié)果表明，某SUV車型后轉(zhuǎn)向節(jié)零件的力學(xué)性能滿足目標(biāo)要求。

前轉(zhuǎn)向節(jié)；強(qiáng)度；疲勞

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民的物質(zhì)生活水平日益提高，以SUV為典型代表的乘用車銷量也得到迅猛攀升，同時國人對于SUV的舒適性要求也越來越嚴(yán)。汽車后轉(zhuǎn)向節(jié)作為底盤系統(tǒng)關(guān)鍵零部件，起到承受各種沖擊和傳遞載荷和轉(zhuǎn)向的雙重重要作用，同時將懸架、制動器和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有效的連接，對底盤系統(tǒng)綜合性能發(fā)揮起到重要作用[1-4]，故開展后轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度疲勞耐久性能具有重要的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。

本文研究基于某正向開發(fā)新型SUV車型，需新開發(fā)后轉(zhuǎn)向節(jié)部件系統(tǒng)，為確保該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久疲勞力學(xué)性能滿足目標(biāo)要求，通過采用Ncode軟件，對某城市運(yùn)動版SUV后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞耐久CAE分析，同步進(jìn)行了該SUV車型后轉(zhuǎn)向節(jié)剛度測試和臺架強(qiáng)度試驗，CAE分析結(jié)果和臺架試驗結(jié)果顯示，此運(yùn)動版SUV車型后轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度性能及疲勞耐久性能滿足目標(biāo)。

2 后轉(zhuǎn)向節(jié)CAE分析

2.1 后轉(zhuǎn)向節(jié)有限元模型

本文在Hyperworks軟件中，對某運(yùn)動版SUV后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了有限元建模，實體網(wǎng)格大小為4mm，對應(yīng)材料為AL-6082，其對應(yīng)屈服強(qiáng)度為300MPa，如圖1。

圖1 某運(yùn)動版SUV后轉(zhuǎn)向節(jié) FEA模型

2.2 后轉(zhuǎn)向節(jié)CAE結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

本文為校核某城市版SUV結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能，本文開展了該后轉(zhuǎn)向節(jié)CAE強(qiáng)度，工況分別為輪胎上抬工況，整車扭轉(zhuǎn)工況，整車制動工況，整車緊急轉(zhuǎn)彎工況，模型采用慣性釋放法無約束，載荷邊界為ADAMS運(yùn)算得到的激勵。該后轉(zhuǎn)向節(jié)部件的強(qiáng)度分析結(jié)果如圖2。

根據(jù)汽車設(shè)計DVP規(guī)范進(jìn)行的某運(yùn)動型SUV車型后轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果顯示，該部件最大應(yīng)力出現(xiàn)在緊急轉(zhuǎn)彎工況，最大平均應(yīng)力為256.1MPa，小于材料屈服強(qiáng)度300MPa，滿足目標(biāo)，匯總結(jié)果如表1所示。

表1 前轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度分析結(jié)果表

2.3 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架疲勞CAE分析

圖3 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架CAE疲勞分析結(jié)果

本文對某款運(yùn)動版SUV車型的后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了臺架場景下的疲勞CAE分析，根據(jù)耐久試驗規(guī)范，工況一為Bracket Load X向加載1g，循環(huán)次數(shù)30000次，工況二為Lateral Load Y向加載1g，循環(huán)次數(shù)為32000次，疲勞強(qiáng)度評價標(biāo)準(zhǔn)：零部件損傷值小于1，分析結(jié)果表明，后轉(zhuǎn)向節(jié)疲勞損傷峰值分別為0.16和0.19，滿足設(shè)計目標(biāo)。

3 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架試驗分析

3.1 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架剛度試驗分析

臺架試驗是整車結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個重要的驗證方法，通過再現(xiàn)道路試驗場載荷激勵，以實現(xiàn)底盤系統(tǒng)關(guān)鍵零部件或整車的強(qiáng)度和疲勞耐久性能評估驗證，可降低汽車產(chǎn)品的研發(fā)費用，縮短整車開發(fā)周期[5]。

本文對某城市版SUV車型的后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了臺架剛度對標(biāo)測試，如圖4。試驗邊界條件為：將后轉(zhuǎn)向節(jié)三個安裝孔固定，在軸心處施加載荷，如圖5，記錄不同載荷下，轉(zhuǎn)向節(jié)位移，如表2所示，測得平均剛度為0.066Deg/KN，滿足目標(biāo)小于0.11Deg/KN。

圖4 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架剛度試驗

表2 后轉(zhuǎn)向節(jié)剛度試驗結(jié)果

3.2 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架強(qiáng)度試驗分析

本文對后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了臺架強(qiáng)度測試，如圖5所示，施力點力臂長335mm，載荷逐步增加，當(dāng)F增大至10KN時，檢查試件損傷情況，接受標(biāo)準(zhǔn)未損壞，無裂紋。

圖5 后轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度試驗

本文按照上述強(qiáng)度試驗邊界條件進(jìn)行測試，得到圖6試驗結(jié)果，經(jīng)探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)裂紋，滿足設(shè)計目標(biāo)。

圖6 后轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度試驗結(jié)果

圖7 后轉(zhuǎn)向節(jié)疲勞試驗

3.3 后轉(zhuǎn)向節(jié)臺架疲勞試驗分析

本文對某城市版SUV后轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了臺架疲勞對標(biāo)試驗，載荷激勵為正弦波載荷，頻率為5Hz，循環(huán)次數(shù)方差小于0.2，試驗邊界條件如圖7所示，激勵加載分為側(cè)向力載荷和縱向力高載荷如圖8。

圖8 后轉(zhuǎn)向節(jié)疲勞試驗激勵載荷

本文按照上述邊界條件，進(jìn)行了該部件臺架疲勞試驗，逐一對測試試樣進(jìn)行了詳細(xì)檢測，如圖9，全無裂紋問題出現(xiàn)，滿足設(shè)計目標(biāo)。

圖9 后轉(zhuǎn)向節(jié)疲勞試驗結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于汽車結(jié)構(gòu)和數(shù)值分析理論，結(jié)合Ncode仿真分析軟件，對某城市版SUV車型的后轉(zhuǎn)向節(jié)，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞耐久CAE分析，同時搭建了臺架試驗裝置，進(jìn)行了后轉(zhuǎn)向節(jié)部件剛度性能測試和臺架疲勞強(qiáng)度試驗，CAE和臺架試驗結(jié)果評判，此城市版SUV車型后轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞耐久力學(xué)性能滿足設(shè)計目標(biāo)。

[1] 張博文.基于試驗工況的轉(zhuǎn)向節(jié)CAE分析[D].湖北:湖北汽車工業(yè)學(xué)院,2017.

[2] 胡永然.基于Hyperworks的某SUV前副車架強(qiáng)度疲勞性能優(yōu)化研究[J].汽車實用技術(shù),2020(16):31-34.

[3] 張海濤.基于拓?fù)鋬?yōu)化的轉(zhuǎn)向節(jié)輕量化設(shè)計[J].汽車實用技術(shù), 2020,16(1):14-18.

[4] 謝邵龍.基于ABAQUS的某SUV引擎蓋力學(xué)性能仿真與試驗研究[J].汽車實用技術(shù),2020(20):28-30.

[5] 許江濤,郭瑞霞.海基于虛擬技術(shù)某轎車前副車架疲勞試驗的優(yōu)化 [J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2018,4(1):1-5.

Simulation and Experimental Study on Strength Fatigue Performance of a SUV Rear Knuckle with Ncode

Li Wenkai, Huang Qin, Chen Mingliang

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )

The rear knuckle is the key load-bearing component of the chassis system of SUV, which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper, the strength and fatigue of the rear knuckle of an SUV are analyzed by CAE, and then the bench stiffness test and strength and fatigue test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the rear knuckle Parts of a SUV meet the target requirements.

Rear steering knuckle; Strength; Fatigue

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.026

U467

A

1671-7988(2021)03-86-03

U467

A

1671-7988(2021)03-86-03

李文凱，就職于江西五十鈴汽車有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。