某汽車扭力梁強度分析

許元洪 林賢坤 彭永東 苗明達

摘 要：通過有限元軟件HyperWorks對某汽車扭力梁在側向工況、扭轉工況、制動工況下的情況進行數值仿真，分析扭力梁在各個工況下的應力分布狀況，根據后處理云圖找出扭力梁在各個工況下的風險點，為后期扭力梁結構優化提供方向和思路。

關鍵詞：扭力梁；數值仿真；強度；應力分布；結構優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.002

1 引言

扭力梁是汽車底盤中的重要部件，其結構簡單，占用空間小，維修方便且價格便宜，被廣泛用于前輪驅動的中小型家庭轎車的后懸架系統中，傳遞著車身與路面各個方向上的作用力。其自身具有一定的扭轉剛度，可以起到與橫向穩定桿相同的作用，增加車輛的側傾剛度，提高車輛的側傾穩定性。

2 有限元模型的建立

扭力梁有限元模型如圖1所示。其中包括襯套管、襯套管加強板、縱臂、橫梁、彈簧座、減振器支架、輪轂安裝支架、輪轂安裝支架加強板等部件，各部件之間通過具有厚度的網格進行焊縫模擬，用具有剛性的rigids單元對輪轂進行模擬，對整個扭力梁采用四邊形劃分，材料特性：彈性模量=2.1E+05N/mm2，泊松比=0.3，密度=7.89E-09Ton/mm3。三個工況中分別約束襯套連接車身端XYZ三個方向上的平動；側向工況中輪心左側位置未約束，右側位置約束XYZ方向的平動，在Z方向施加6200N的力施力點為輪胎接地點；扭轉工況中輪心左右位置約束Z方向上的平動，在左右輪心處施加強迫位移64.5mm；制動工況中輪心左右位置約束Z方向上的平動在X方向施加10300N的力，施力點為輪胎接地點。

3 仿真結果分析

側向工況中，扭力梁最大應力為420.89MPa，位于彈簧座位置，最大值大于材料屈服極限；扭轉工況中，扭力梁最大應力為363.78MPa，位于橫梁位置，最大值小于材料屈服極限；制動工況中，扭力梁最大應力為456.76MPa，位于彈簧座位置，最大值大于材料屈服極限；各工況應力云圖如圖2所示。在各個工況下受到的最大應力是不相等的，而且各工況下的風險點也是不同，在產品設計的過程中應該注意彈簧座與焊縫相連的拐角部分，因為在側向工況和制動工況下受力超過材料的屈服極限，在扭力梁工作過程中會產生疲勞斷裂，從而造成一定的危險性。

4 結果與討論

本文以某汽車扭力梁為例，根據其在運行過程中所受載荷及載荷分配不均，結合臺架實驗中出現的問題，運用有限元軟件HyperWorks建立扭力梁的有限元模型，進行強度分析，具體結論如下：

a.在側向和制動工況中，應力最大值出現在彈簧座處并且高于材料的極限屈服強度，在實際工況中扭力梁會因為應力過大而導致斷裂。

b.通過對側向，扭轉，制動三種典型工況分析，找出扭力梁在各個工況下的風險點即所受應力超過材料屈服極限的點，對后扭力梁的優化及開發起到了重要的參考價值和借鑒意義。

c.利用有限元軟件分析可以縮短產品的開發周期，降低開發成本，減少實驗的次數，保證產品的質量，具有十分重要的意義。

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作者簡介：許元洪（1990-），男，河南周口人，碩士研究生在讀，研究方向：汽車輕量化。