1 前言

    機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析(MSC/ADAMS)是目前汽車行業(yè)廣泛使用的多體系統(tǒng)仿真分析軟件ADAMS軟件可以方便地建立參數(shù)化的模型，只要輸入具體的多剛體模型參數(shù)，軟件本身就會(huì)自動(dòng)建立力學(xué)方程，運(yùn)用數(shù)值積分和微分的方法計(jì)算出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及零部件的受力情況。通過(guò)將該載荷輸入到MSC/NASTRAN中對(duì)零件進(jìn)行分析，可以找出零部件的薄弱部位，為將來(lái)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文以某轎車（以下稱為X轎車）的副車架焊接總成為例，詳細(xì)介紹分析過(guò)程。

    X轎車的樣車在試車場(chǎng)路試時(shí)，副車架焊接總成多次出現(xiàn)早期焊接開(kāi)裂和材料破壞情況。為找出該總成的薄弱環(huán)節(jié)，利用ADAMS軟件的動(dòng)力學(xué)仿真功能，建立了包括副車架在內(nèi)的前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并對(duì)3種典型工況下副車架的受力進(jìn)行了計(jì)算，然后用有限元分析軟件MSC/NASTRAN對(duì)其進(jìn)行靜力計(jì)算。

2 X轎車前懸架結(jié)構(gòu)

    X轎車前懸架為多連桿式結(jié)構(gòu)，上搖臂一端與轉(zhuǎn)向節(jié)相連，另一端通過(guò)兩個(gè)襯套與車身相連。懸架下端的承載搖臂和導(dǎo)向搖臂分別與轉(zhuǎn)向節(jié)和副車架相連。減振器上端通過(guò)螺栓與車身相連，減振支柱下端與承載搖臂相連，螺旋彈簧與減振器串接，前懸架受力分析模型見(jiàn)圖1。

圖1 X轎車前懸架受力分析模型

3 X轎車副車架受力分析的ADAMS模型

    X轎車的前懸架在本模型中被簡(jiǎn)化為10個(gè)部件組成，各部件間的連接關(guān)系如表1所列。

表1 X轎車前懸架中各部件間的連接類型

    建模中用到的數(shù)據(jù)由整車廠提供，對(duì)于模型中用到的一些從整車廠暫時(shí)無(wú)法得到的數(shù)據(jù)，使用經(jīng)驗(yàn)值。

4 3種工況下的副車架受力計(jì)算及結(jié)果

    根據(jù)客戶提供的參數(shù)和數(shù)據(jù)，確定轎車在通過(guò)不平路面、制動(dòng)和側(cè)滑時(shí)副車架可能的極限受力工況，由此計(jì)算出在垂直力、縱向力、側(cè)向力分別為最大情況下的前輪受力，計(jì)算結(jié)果如表2所列。

表2 3種極限工況下X轎車前輪的受力計(jì)算結(jié)果（單位：N）

    ADAMS/CAR為懸架提供了6種常用的分析方法：兩輪同步跳動(dòng)、兩輪反向跳動(dòng)、單輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向分析、靜載分析和文件驅(qū)動(dòng)分析模式。在靜載分析中，用戶可以輸入車輪回正力矩、側(cè)向力、制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力、輪心處垂直力或位移、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角或齒條位移二通過(guò)將上述計(jì)算出的力施加到車輪上，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出懸架的各種特性及零部件連接點(diǎn)的六分力，同時(shí)利用ADAMS的后處理功能可以方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。靜載分析計(jì)算得到的結(jié)果如表3所列。

表3 3種極限工況下X轎車副車架的受力計(jì)算結(jié)果

5 有限元分析與實(shí)車路試對(duì)比

5.1有限元模型的建立

    三維幾何模型取自X轎車的CATIA模型轉(zhuǎn)換成的IGES數(shù)據(jù)，曲面共1726個(gè)（圖2）。材料為鋼板，彈性模量為2x10^-5MPa，泊松比為0.3，賦值于所有的單元上。副車架與車身連接點(diǎn)簡(jiǎn)化成6個(gè)自由度完全約束。本模型以SHELL單元?jiǎng)澐钟邢拊�網(wǎng)格，以桿單元模擬點(diǎn)焊。以MPC（多點(diǎn)約束）簡(jiǎn)化加載和約束作用點(diǎn)。網(wǎng)格劃分邊長(zhǎng)取12mm，共有單元17576個(gè)，節(jié)點(diǎn)17750個(gè)，MPC10個(gè)。

圖2 X轎車副車架的三維模型

5.2有限元分析結(jié)果與實(shí)車路試對(duì)比

    將ADAMS計(jì)算出的副車架受力作為有限元靜力分析的載荷，計(jì)算得到的應(yīng)力集中部位與實(shí)車路試的破壞部位對(duì)比如圖3、圖4（最大應(yīng)力出現(xiàn)在制動(dòng)工況）。

圖3 副車架有限元分析的應(yīng)力云圖（局部）

圖4 實(shí)車路試時(shí)副車架破壞的圖片

    考慮到橡膠襯套的簡(jiǎn)化處理，計(jì)算出的最大應(yīng)力在250MPa左右。將有限元的分析云圖與路試現(xiàn)場(chǎng)圖片進(jìn)行對(duì)比可以看出，有限元計(jì)算出的應(yīng)力集中部位和實(shí)車路試破壞部位相當(dāng)吻合，即CAE的分析計(jì)算較好地反應(yīng)了路試情況。

6 結(jié)論

    通過(guò)利用動(dòng)態(tài)仿真軟件和有限元軟件計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)車路試的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明聯(lián)合應(yīng)用ADAMS和NASTRAN對(duì)汽車零部件進(jìn)行分析是可行的，同時(shí)也說(shuō)明CAE分析過(guò)程中的假定、簡(jiǎn)化、建模與分析方法基本正確，從而為副車架改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了理論根據(jù)。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/

本文標(biāo)題：CAE在轎車結(jié)構(gòu)件分析中的應(yīng)用

本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/solutions/14019315116.html