基于ANSYS軟件對某汽車板簧吊耳支架拓撲優(yōu)化設計

張永生

基于ANSYS軟件對某汽車板簧吊耳支架拓撲優(yōu)化設計

張永生

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在商用汽車汽車懸架中，板簧支架是汽車上支撐鋼板彈簧的重要部件，需要承受巨大的交變載荷，屬于關鍵承載元件。文章介紹了一種基于ANSYS等CAE軟件對板簧吊耳支架進行有限元分析，結合新型材料，進行拓撲優(yōu)化設計的方法。

板簧吊耳支架；有限元分析；優(yōu)化設計

引言

板簧支架是商用汽車懸架系統(tǒng)連接彈性元件與車架的部件，是懸架系統(tǒng)中重要組成部件，它主要起承載和導向作用，受靜態(tài)和動態(tài)力較大。板簧支架設計時，需要保證在動態(tài)沖擊力的作用下強度和安全系數(shù)。如果強度不足，在使用一段時間后會導致懸架系統(tǒng)承載能力失效，影響車輛行車安全[1]。

隨著國家治超、限超越來越嚴格，重型汽車輕量化也越來越重要。因此，板簧支架需在保證強度可靠性要求的前提下，盡可能的減少材料，降低重量。板簧支架主要以鑄件為主，包括鑄鐵件、鑄鋼件，也有部分為沖壓件。本文基于ANSYS、ANSA等CAE軟件對板簧吊耳支架進行有限元分析，并采用新材料進行拓撲優(yōu)化設計。

1 使用工況

圖1 板簧支架安裝示意圖

某重型汽車板簧吊耳支架的裝配示意圖如下，吊耳支架與吊耳通過板簧銷鏈接，吊耳內開檔與板簧也通過板簧銷相連。吊耳支架垂直面和平行面通過鉚釘與車架縱梁腹面和翼面相連[2]。

2 靜力工況設定

分析時將支架與大梁(一段)連接，固定約束車架大梁周邊，裝配板簧的開檔處施加載荷：

工況一：垂直載荷，方向向上大小為30000N，模擬行駛恒速工況。

工況二：垂直載荷和制動載荷，方向向上、向前各施加30000N，模擬行駛制動工況。

工況三：方向向上、向左，各施加30000N，模擬行駛轉彎工況。

工況四：復合工況，三個方向各施加30000N。

圖2 靜力工況設定

3 疲勞工況設定

分析時固定與大梁連接的裝配面以及3×Ф12.5孔與2×Ф12.5孔，吊耳支架開檔處施加豎直方向載荷，按正弦曲線變化，模擬行駛在不平路面上振動工況，峰值為最大60000N，最小30000N，設計壽命1×107次。

圖3 疲勞工況設定

4 結構優(yōu)化

優(yōu)化前吊耳支架材料為QT500-10，為降低重量，需要提高材料機械性能，因此對鑄件材料進行調整，采用機械性能較高的鑄鋼材料ZGD650-830，實現(xiàn)了材料機械性能的提升。以此為前提，采用Ug、ansa、hyperworks等軟件，對原支架結構進行拓撲優(yōu)化設計，支架結構優(yōu)化前后如下：

圖4 結構優(yōu)化

5 有限元分析

5.1 靜力計算

原結構與優(yōu)化結構的最大主應力分布云圖

工況原結構與優(yōu)化結構的最大主應力分布云圖

原結構與優(yōu)化結構的最大主應力分布云圖

原結構與優(yōu)化結構的最大主應力分布云圖

5.2 疲勞分析

圖9 等效交變應力對比

圖10 疲勞安全系數(shù)對比

6 分析結果

表1 疲勞分析結果對比

表2 靜力分析結果對比

7 結論

（1）靜載工況下，優(yōu)化后結構最大應力大于原結構，但采用了更高機械性能材料，安全系數(shù)更高，強度性能更好。

（2）疲勞工況下，優(yōu)化后結構比優(yōu)化前安全系數(shù)更高，不會發(fā)生疲勞失效，疲勞壽命達到1×107次以上。

綜上，該拓撲優(yōu)化結構可滿足設計及裝車使用。

[1] 王望予.汽車設計.機械工業(yè)出版社,2003.

[2] 申晉憲,王鐵.載貨汽車總體設計分析.中國標準出版社,2013.

Topological Optimization Design of a Slab Spring Hanging Ear Support Based onANSYS Software

Zhang Yongsheng

( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In the commercial vehicle suspension, the plate spring support is an important part of supporting the steel plate spring on the car, and it needs to withstand a huge alternating load and belongs to the key bearing element. This paper introduces a method of topology optimization design based on ANSYS and other CAE software for the finite element analysis of spring hoist holder and the combination of new materials.

the plate spring support; finite element analysis; optimize the design

U463.33

A

1671-7988(2019)13-114-03

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張永生，男，本科，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司重型商用車研究院，研究方向：底盤設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.039