某車(chē)型懸架開(kāi)裂的原因分析及整改措施

李瑤,石寧

(1.重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院，重慶 401331；2.湖州宏威新能源汽車(chē)有限公司，浙江湖州 313000)

0 引言

懸架是汽車(chē)的基體，懸架需要有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車(chē)內(nèi)外的各種載荷和從車(chē)輪傳來(lái)的沖擊[1]。因此，懸架的可靠性極為重要，不僅關(guān)系到車(chē)輛是否能正常運(yùn)行，還關(guān)系到整車(chē)的安全性。文中針對(duì)某車(chē)后懸架開(kāi)裂的故障問(wèn)題，利用有限元計(jì)算進(jìn)行原因分析，并通過(guò)對(duì)比分析提出改進(jìn)方案[2]。相比傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，利用有限元方法分析得出的改進(jìn)方案更為有效，質(zhì)量及成本控制得更為合理[3]。

1 問(wèn)題描述

某款車(chē)ET(Engineering Trial)階段在整車(chē)臺(tái)架耐久試驗(yàn)過(guò)程中，后減震器下安裝支架出現(xiàn)斷裂(如圖1所示)。文中針對(duì)后懸架總成進(jìn)行強(qiáng)度分析，確定開(kāi)裂原因并制定整改方案。

圖1 試驗(yàn)開(kāi)裂部位

2 問(wèn)題分析

從試驗(yàn)記錄照片可以看出，開(kāi)裂最先發(fā)生位置非常靠近安裝支架與縱臂焊接的焊縫上，且均發(fā)生在試驗(yàn)里程1 000 km左右，故初步推斷此次斷裂是由于安裝支架局部應(yīng)力集中發(fā)生開(kāi)裂，最終導(dǎo)致焊縫撕裂。作者根據(jù)車(chē)輛的使用特點(diǎn)，選取加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、顛簸4種典型工況，將后懸總成在經(jīng)典工況下的加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地面的支反力，施加在輪胎接地點(diǎn)上，對(duì)后懸總成進(jìn)行強(qiáng)度分析，為確定開(kāi)裂原因和制定整改方案提供支持。

3 模型定義

3.1 模型的建立

根據(jù)設(shè)計(jì)部提供的數(shù)模及相關(guān)的整車(chē)參數(shù)建立相應(yīng)的分析模型[4]，如圖2所示。

圖2 分析模型

采用ADAMS軟件進(jìn)行載荷分解，采用ABAQUS軟件進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析。

3.2 數(shù)據(jù)輸入及工況

項(xiàng)目組提供的相關(guān)數(shù)據(jù)明細(xì)如表1所示。

表1 懸架中零部件材料信息表

根據(jù)提供的數(shù)據(jù)和分解的載荷，利用慣性釋放作為邊界條件，采用經(jīng)典工況顛簸、加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向?qū)壹苓M(jìn)行強(qiáng)度分析[5]。

4 懸架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

在顛簸工況下，后減震器下安裝支架最大應(yīng)力達(dá)到352 MPa，已經(jīng)超過(guò)其使用材料WL440的屈服強(qiáng)度，如圖3所示，且應(yīng)力集中位置與試驗(yàn)過(guò)程中的開(kāi)裂發(fā)生位置十分吻合，有效地佐證了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性以及前期對(duì)開(kāi)裂原因的推斷。

圖3 仿真與試驗(yàn)對(duì)比

5 整改措施

減震器安裝支架作為減震器的安裝和支撐部件，對(duì)整車(chē)的可靠性和安全性有著非常重要的作用。為了消除開(kāi)裂處的應(yīng)力集中，考慮從零件厚度和結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)減震器安裝支架進(jìn)行加強(qiáng)，以解決此次開(kāi)裂問(wèn)題。具體整改方案如下：

(a)將后減震器下安裝支架厚度由3 mm增加到4 mm。

(b)修改其結(jié)構(gòu)，改善應(yīng)力分布，如圖4、圖5所示。

整改方案分析結(jié)果云圖見(jiàn)表2。

圖4 原方案 圖5 整改方案

表2 后減震器下安裝支架整改后各工況分析結(jié)果

分析結(jié)果：

(1)原后減震器下安裝支架在顛簸工況下，開(kāi)裂位置存在應(yīng)力集中，且應(yīng)力水平較高，為352 MPa，超過(guò)其使用材料WL440的屈服強(qiáng)度。

(2)整改后的CH035后減震器下安裝支架最大應(yīng)力發(fā)生在轉(zhuǎn)向工況下，為270 MPa；顛簸工況下，其最大應(yīng)力為232 MPa，均小于其使用材料WL440的屈服強(qiáng)度，滿(mǎn)足要求。

(3)經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，該部位再無(wú)開(kāi)裂出現(xiàn)。

6 結(jié)論

通過(guò)建立汽車(chē)零部件結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的有限元計(jì)算模型，應(yīng)用有限元分析法進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，可降低設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本、減少試驗(yàn)次數(shù)、縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，使得汽車(chē)在輕量化、舒適性、可靠性和操縱穩(wěn)定性方面得到改進(jìn)和提高，

具有非常重大的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn):

[1]歐陽(yáng)鬯，馬文華.彈性·塑性·有限元[M].長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1983.

[2]龔培剛.有限元方法及其在汽車(chē)工程中的應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社，1958.

[3]傅永華.有限元分析基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003.

[4]李楚琳.Hyper Works分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[5]李飛,郭孔輝,丁海濤,等.汽車(chē)耐久性分析底盤(pán)載荷預(yù)測(cè)方法研究綜述[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010,10(24):5960-5964.

LI F,GUO K H，DING H T,et al.Chassis Loads Prediction Approach of Vehicle Durability Analysis Research Summary[J].Science Technology and Engineering,2010,10(24):5960-5964.