汽車后懸架下控制臂的有限元分析與優(yōu)化

謝穎

摘要：以某車型后懸架下控制臂為研究對象，建立強度仿真模型。模型分析過程引入慣性釋放方法，從而消除約束點反力對控制臂結構強度造成的應力集中的影響。本文通過對常見的6種靜強度工況進行下控制臂的有限元分析，并針對強度不滿足項進行結構優(yōu)化，最終使得后懸下控制臂滿足強度要求，為后懸下控制臂的設計提供參考。

關鍵詞：汽車;下控制臂;強度;慣性釋放;有限元分析

0 ?引言

控制臂作為汽車懸架系統(tǒng)的導向和傳力元件，用來支撐車身、減震器，并且緩沖行駛中的振動;將作用在車輪各種力傳遞給車身，同時保證車輪按一定軌跡運動。控制臂分別通過球鉸或者襯套把車輪車身彈性連接在一起。控制臂（包括與之相連的襯套及球頭）應有足夠的剛度、強度和使用壽命。

本文選取了某一具體后懸架控制臂，作為研究對象，建立了包含橡膠襯套的有限元模型，并完成常見的6種靜強度工況的仿真分析，對不滿足項進行了優(yōu)化。分析結果表明，優(yōu)化后結果滿足強度設計要求。

1 ?控制臂強度的仿真分析

1.1 控制臂的有限元模型

研究所用的控制臂主要由上連接板、下連接板、定位銷和球鉸四部分焊接而成，其上連接板與下連接板均為2.5mm，有限元模型基本單元尺寸為3mm。為了模擬實際的控制臂工作情況，采用慣性釋放的方法進行約束，利用多體載荷分解技術，分別對控制臂施加垂向、制動、制動轉向、加速、加速轉向及扭轉等6種工況，并將分解的載荷分別施加到有限元模型中。

1.2 材料參數(shù)

控制臂主體材料選用QStE500TM，定位銷材料選用20#鋼，其具體材料參數(shù)如表1。

1.3 仿真分析結果

本文采用ABAQUS軟件對圖1所示的控制臂進行6中常見靜強度工況進行仿真分析，分析采用慣性釋放法以消除約束點反力對控制臂結構強度造成的應力集中的影響。分析結果云圖如圖2所示。

1.4 結果評價

依據(jù)控制臂強度分析設計要求，必須滿足在以上6種常規(guī)強度工況種，最大塑性應變應不大于0.2%。圖2分析結果顯示，在垂向、制動以及制動加速工況下，控制臂本體的最大塑性應變分別為0.44%、0.24%、0.36%，不能滿足設計要求。各個工況分析結果詳見表2。

2 ?強度優(yōu)化分析

2.1 優(yōu)化方案

分別從增加材料厚度、提升材料牌號、增加加強件等角度制定了優(yōu)化方案，且均能滿足目標要求。優(yōu)化方案需綜合考慮控制臂在各個工況下的安全性能以及質(zhì)量、成本的要求，最終采用了增加加強件方案，加強件結構以及連接方式詳見圖3。

2.2 優(yōu)化后分析結果

增加加強件后，得到后懸下控制臂的強度分析結果，分析結果顯示，在制動工況下，控制臂最大塑性應變?yōu)?.1%，其余工況塑性應變均為0，滿足既定目標要求，應力云圖如圖4。

3 ?結束語

運用慣性釋放法分別考察了后懸架控制臂在不同工況載荷下的強度問題，分析結果顯示，原始方案不能滿足設計要求。

分別從增加材料厚度、提升材料牌號、增加加強件等角度制定了優(yōu)化方案，且均能滿足目標要求。優(yōu)化方案需綜合考慮控制臂在各個工況下的安全性能以及質(zhì)量、成本的要求，最終采用了增加加強件方案，使得最大塑性應變由原始方案的0.44%降低至0.1%，最終滿足設計要求。

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