FEA在前接梁輕量化項目開發(fā)中的應(yīng)用

2017-04-24 15:53:30·

0 引言項目開發(fā)過程中，對于車架設(shè)計，如何采用最輕的部件、最簡單的工藝和最低的成本實現(xiàn)車架結(jié)構(gòu)的良好性能是非常重要的?；谝陨咸攸c，在滿足設(shè)計要求的情況下，盡可能將鑄件改為鈑金件。因為鑄件相對于鈑金件來說，笨重、工藝復(fù)雜、成本高，所以將先前的鑄件前接梁（圖1）替換為鈑金件前接梁（圖2）。前期針對這種新

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項目開發(fā)過程中，對于車架設(shè)計，如何采用最輕的部件、最簡單的工藝和最低的成本實現(xiàn)車架結(jié)構(gòu)的良好性能是非常重要的?；谝陨咸攸c，在滿足設(shè)計要求的情況下，盡可能將鑄件改為鈑金件。因為鑄件相對于鈑金件來說，笨重、工藝復(fù)雜、成本高，所以將先前的鑄件前接梁（圖1）替換為鈑金件前接梁（圖2）。前期針對這種新開發(fā)的前接梁，通過整車可靠性試驗發(fā)現(xiàn)前接梁損壞比較嚴重。通過仿真分析，給出了前接梁最終的優(yōu)化設(shè)計方案。

圖1 鑄件前接梁

圖2 鈑金件前接梁

1 前接梁損壞照片

通過試驗得知，如圖3-4所示，前接梁的上下翼面均有不同程度的損壞，以上為現(xiàn)場拍的照片。

圖3 右側(cè)前接梁下翼面斷裂圖

圖4 右側(cè)前接梁上翼面斷裂圖

2 有限元模型

車架有限元模型如圖5所示，鑄件采用四面體單元劃分，鈑金件采用四邊形殼單元劃分。網(wǎng)格質(zhì)量按照公司有限元網(wǎng)格質(zhì)量規(guī)范進行檢查，螺栓孔采用RBE2-CBAR-RBE2連接，采用NASTRAN求解器計算。前接梁材料選用QStE500。

圖5 車架有限元模型

3 前接梁結(jié)構(gòu)方案

方案1，試驗車輛使用方案。方案2，前接梁與首橫梁連接孔處加強。方案3，增加前接梁腹板的高度，安裝在縱梁內(nèi)側(cè)。方案4，增加前接梁腹板的高度，安裝在縱梁外側(cè)。方案5，在方案2的基礎(chǔ)上，前接梁內(nèi)側(cè)增加襯板。方案6，在方案2的基礎(chǔ)上，增大前接梁上下翼面過渡圓弧。方案7，在方案6的基礎(chǔ)下，改變前接梁附近縱梁結(jié)構(gòu)。方案8，在方案6的基礎(chǔ)上，縱梁延伸到最前端。

圖6 前接梁結(jié)構(gòu)

4 計算工況

扭轉(zhuǎn)工況：根據(jù)實際情況結(jié)合經(jīng)驗對車架施加邊界條件，垂直方向-lg加速度，在輪胎接地點左前和右后對角抬高某高度。

5 不同前接梁方案扭轉(zhuǎn)工況計算結(jié)果

結(jié)果文件通過后處理軟件進行處理，應(yīng)力單位MPa。

由前接梁應(yīng)力云圖可以看出，最大應(yīng)力值所在部位基本一致，最大應(yīng)力值由方案1的583.2MPa降到方案8的256MPa。最終前接梁結(jié)構(gòu)采用方案8的結(jié)構(gòu)。

圖7 前接梁應(yīng)力云圖

6 結(jié)論

本文采用有限元分析方法，對以上8中方案進行扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力分析。通過以上8種方案的分析，結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，前接梁孔位附近的應(yīng)力得到了降低，應(yīng)力值由方案1的583.2MPa降到方案8的256MPa。改進后的前接梁在實際的路試中，路試4175km，前接梁無損壞，充分驗證了此種結(jié)構(gòu)的合理性。