汽車懸架支架的結構分析及仿真

張展 劉志漢

摘 要：針對某種卡車懸架支架的載荷作用情況，從靜態和動態兩方面進行分析處理，評估其力學性能和安全性能。首先，基于UG軟件建立懸架支架的參數化模型，導入Ansys中進行分析，兩者的Parasolid核心保證了模型的完整和不失真;其次，基于力學原理和數值分析方法對模型進行靜力學和動力學分析及仿真，真實再現了懸架支架的工作環境。研究結果表明，此方法明顯節約了時間和減少了工作量（尤其對復雜龐大的零部件的建模分析），同時為整車分析和復雜結構的有限元分析提供了必要的參數和依據。

關鍵詞：懸架支架;參數化建模;Ansys;模態分析

有限元法是目前廣泛使用的一種現代計算方法。其思路是：結構離散一單元分析一整體求解。經過近50年的發展，有限元法的理論日趨完善，廣泛地應用于各行各業，Ansys軟件代表了最先進的CAE整合技術，可用它進行所有行業的幾乎任何類型的有限元分析。懸架支架是汽車上的主要連接和承載構件，承擔了大部分的連接和承載任務，同時也承受巨大的載荷和周期性應力。目前對懸架系統進行仿真分析的研究較多，在這里根據實際情況，只對某汽車制造廠新研制的一種卡車懸架支架進行評估，以確定其可靠性。筆者用UG軟件建立前懸架支架的三維實體模型，利用Ansys軟件進行靜力學分析和模態分析，確定其應力應變分布情況和5階固有頻率及振型;用Adams軟件仿真懸架在具體路面上的升降過程，得到升降過程懸架支架的受力范圍;基于Ansys軟件進行支架的諧響應分析，觀察其在持續的周期載荷收作用下的周期響應。

1 實體參數化建模與導入

1.1 建立實體模型

為保證模型順利導入Ansys進行有限元計算，采用UG這一大型建模軟件建立模型，其具有很高的精度和可靠性。同時建模過程中注意一些技巧：避免使用旋轉特征工具，避免面與面特征之間有尖銳的倒角過渡，抑制對實際問題研究沒有影響的特征，從而減少模型的特征數，達到降低網格單元數和縮短計算時間的目的。

1.2 模型轉換

模型的轉換有很多種方式。一般情況下習慣用Iges格式，但由于用Iges導入Ansys時。會發生實體模型數據丟失的情況。例如，部分實體無法顯示，產生了多余的點、線等問題。由于兩種軟件屬同一廠家所開發且具有相同的Parasolid核心，選用Parasolid格式導入Ansys或直接導入Part文件，則可避免此類情況的發生。筆者采用Part文件導入，導入模型見圖1（a）。

1.3 模態分析

模態分析是確定復雜結構震動形態和薄弱環節的有效手段。通過模態分析可獲得結構較完整的固有頻率、振型和振型參與系數，固有頻率和振型是承受動態載荷結構設計中的重要參數。采用最接近懸架支架實際工作條件的約束條件，選取Block Lanc ZOS模態提取法，提取模態數為5，獲得了5階固有頻率以及響應的5種振型，除第5階振型外都表現為兩支耳1、2的擺動（見表1）。一般來講，由路面不平引起的汽車震動，再由板簧傳遞給支架，頻率范圍為0.5～25Hz，低于支架的基頻37.294Hz。很明顯，它并不會引起支架的共振。可以認為，實際中支架的剛性比較大，不會在外部頻率的激勵下出現不良反應。

2 結論

通過靜力學分析可知，在支架襯板和兩支耳連接的地方應力比較集中，但此類貨車在目前載荷作用下足以滿足使用要求，作用載荷能夠引起的位移也是微量的。在周期載荷的作用下，應力明顯增大，說明動載荷對支架的影響不可忽視。利用幾種軟件的結合使用，分析了零部件從靜態到動態的整個過程，非常接近零部件的實際工作情況，分析結果為此類零部件的結構設計、改進以及日常的維修保養提供了依據。