全地形車懸架載荷提取與強度分析

魏娟 王志雷 竇登科 楊廣元

摘 要：為了使懸架的結構設計合理可靠，滿足設計的安全性，通過ADAMS/car建立全地形車懸架模型，選擇制動工況、轉向制動工況、沖擊工況進行運動學仿真分析，提取全地形車懸架控制臂連接點載荷作為控制臂有限元分析的邊界條件，利用Hyperworks軟件對控制臂進行不同工況下的靜態(tài)強度分析，研究其應力分布，為懸架控制臂優(yōu)化及疲勞分析提供參考。

關鍵詞：全地形車;雙橫臂獨立懸架;載荷提取;有限元分析

中圖分類號：U463.33??文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-170-02

Strength Analysis and Load Extraction of Utility Terrain?Vehicle Suspension

Wei Juan，?Wang Zhilei， Dou Dengke，?Yang Guangyuan

（Xi'an University of Science and Technology， Shaanxi Xi'an 710000）

Abstract：?In order to make the suspension structure design reasonable and reliable and meet the safety of the design， an utility terrain vehicle?suspension model was built through ADAMS/car.?The braking condition， steering condition and impact condition were selected for the kinematic simulation analysis， and the load at the connection point of the control arm of the utility terrain vehicle?suspension was extracted as the boundary condition of the finite element analysis of the control arm. Hyperworks software was used to analyze the static strength of the control arm under different working conditions， and the stress distribution was studied to provide reference for the optimization and fatigue analysis of the suspension control arm.

Keywords： Utility terrain vehicle; Double-wishbone suspension; Load extract; Finite element analysis

CLC NO.：?U463.33??Document Code： A??Article ID： 1671-7988（2020）10-170-02

前言

全地形車（UTV）體型較小而且靈活，在農林、牧業(yè)、石油、電力、礦山、消防等領域均有應用^[1-2]。懸架影響著車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性，在設計時不僅要考慮懸架控制臂的結構設計，同時要考慮其結構的可靠性。本文針對設計的全地形車懸架控制臂，通過動力學模型提取三種工況下懸架連接點載荷作為有限元分析的邊界條件，利用慣性釋放法進行有限元分析，根據(jù)分析結果驗證設計的合理性，為后期的疲勞分析提供參考。

1?懸架模型的建立及載荷提取

1.1 全地形車懸架模型建立

根據(jù)三維模型獲取懸架參數(shù)化模型所需的關鍵硬點坐標，在ADAMS/Car專家模式下建立全地形車懸架模板，在標準模式下調用之前所建立的模板創(chuàng)建懸架模型，并與試驗臺和轉向機構裝配后進行仿真試驗，ADAMS/Car標準模式中建立的裝配模型如圖1所示。

1.2?全地形車控制臂載荷提取

首先在動力學模型中建立控制臂的Marke點，并建立各連接點力請求，之后選擇制動工況、轉向制動工況、沖擊工況三種極限工況，計算輪胎接地力，將三種極限工況下的各方向力輸入動力學模型中進行靜態(tài)仿真分析，提取各連接點載荷。三種工況下輪胎接地點受力情況如下表1所示。

2?懸架下控制臂有限元模型建立

將建立的懸架下控制臂模型導入到Hyper Mesh中進行網格劃分、添加材料以及建立載荷和約束，之后進行求解設置，得出有限元分析結果。在精度范圍內對網格數(shù)量進行控制，適當減少網格數(shù)量以減少計算時間。在應力集中的地方將網格密度調較大，確保求解精度高和計算結果的可信度^[3]。本文選擇網格大小為4mm，懸架控制臂材料為35#鋼，材料的屈服極限為315MPa，強度極限為530MPa，通過慣性釋放法對懸架控制臂進行有限元分析^[4]。建立的有限元模型如下圖2所示。

3?有限元結果分析

在車輛運動過程中，懸架是隨著車輪的跳動而上下擺動的，受到垂向力，縱向力及側向力的作用，懸架控制臂在三種極限工況下的應力云圖如下圖3、圖4所示。

由圖3左可知，最大應力出現(xiàn)在連接桿中間位置，懸架下控制臂在緊急制動工況下的最大應力為125.8MPa，小于材料的極限強度，滿足設計要求。由圖3右可知，懸架下控制

臂在沖擊工況下的最大應力為25.6MPa，遠小于材料的極限強度。應力集中位置為下控制臂外點處，符合實際。

由圖4可知，在該工況下受到的應力最大，轉向制動工況下懸架下控制臂受到的最大應力為140.1MPa，也小于材料的極限強度，應力集中點發(fā)生在下控制臂后連接與中間支撐桿處，符合實際受力情況。

通過以上分析可知三種極限工況下控制臂的應力都小于材料的極限應力，設計的懸架控制臂滿足設計要求。

4?結論

本文通過建立懸架動力學模型，根據(jù)三種極限工況下輪胎接地點受力為載荷輸入條件，提取了懸架下控制臂各連接點的載荷作為有限元模型的邊界條件，運用慣性釋放法進行求解，得出三種極限工況下控制臂應力分布。結果表明三種極限工況下控制臂所受應力都小于材料的極限強度，滿足設計的要求，為接下來的優(yōu)化和疲勞分析提供參考。

參考文獻

[1] GB/T 24936-2010，全地形車術語[S].

[2] 張方建.某UTV車雙橫臂獨立懸架結構的設計分析[D].重慶大學， 2014.

[3] 林光典，胡習之，李彬，等.基于HyperMesh的網格質量優(yōu)化分析[J].機械工程師， 2013 （9） ：71-74.

[4] 沈光烈，謝義杰.慣性釋放法在車輛有限元分析中的應用及缺陷[J].客車技術與研究， 2016， 38（5） ：1-3，12.

[5] 趙燕，趙攀，阮成明，王小康.考慮剛柔耦合特性的SUV控制臂強度分析[J].機械設計與制造，2018（08）：80-83.

[6] 李帥領.汽車懸架控制臂性能計算分析及優(yōu)化設計研究[D].華南理工大學，2018.