有限元仿真分析在后橋減震器支架設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

文/劉 超 段圣文（安徽安凱汽車(chē)股份有限公司）

客車(chē)的后橋減震器支架受沖擊強(qiáng)度大，損壞頻率高。按照傳統(tǒng)的方式只能通過(guò)市場(chǎng)反饋來(lái)驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，無(wú)法滿足當(dāng)今的設(shè)計(jì)需求，如果在大批量訂單上出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)將造成巨大的損失。隨著科技的進(jìn)步，CAE 仿真分析為車(chē)輛局部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)證打開(kāi)了大門(mén)，本文介紹有限元仿真分析在客車(chē)的后橋減震器支架的具體應(yīng)用。

一、模型建立及參數(shù)

1.材料參數(shù)

后橋槽梁及減震器支架使用的材料為510L 鋼材，屈服極限為355MPa。

2.模型參數(shù)

部件中網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為687 個(gè)，網(wǎng)格數(shù)為884 個(gè)，Comps 數(shù)量為3 個(gè)。

3.模型建立及加載

截取后橋局部槽梁和減重器支架，建立模型如圖1所示，對(duì)減震器支架進(jìn)行加載，加載力方向沿著減震器軸線方向，后橋槽梁兩端進(jìn)行限位固定設(shè)置。

圖1 模型建立

二、模型強(qiáng)度分析

本次車(chē)輛配置的減震器的充液量為310mL，其最大壓縮阻力為1000N，最大拉伸阻力為6500N，由于拉伸阻力比壓縮阻力大，故選擇最大拉伸阻力6500N 作為加載力設(shè)置數(shù)。只要最大極限值的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，就可以保證后橋減震器支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足使用要求。按減震器作用力方向在減震器支架處設(shè)置6 500N 的拉伸阻力，如圖2 所示。

圖2 后橋大梁模型及施加6 500N 拉伸阻力

對(duì)模型進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 后橋大梁強(qiáng)度分析結(jié)果

由圖3 可以看出，后橋槽梁最大應(yīng)力為642.4MPa，出現(xiàn)在減震器支架與后橋大梁連接的螺栓孔附近，由于后橋大梁采用的材料為510L，其屈服強(qiáng)度為355MPa，由此可判定此模型方案不能滿足使用要求，還需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

三、后橋大梁優(yōu)化分析

1.優(yōu)化方案

根據(jù)之前分析結(jié)果對(duì)后橋大梁薄弱的位置進(jìn)行加強(qiáng)優(yōu)化，在后橋大梁與減震器連接處增加了2 塊墊板；同時(shí)對(duì)減震器支架進(jìn)行加強(qiáng)優(yōu)化，增加筋板，增加接觸板尺寸。大梁優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 后橋大梁優(yōu)化方案

2.優(yōu)化后模型強(qiáng)度分析

按減震器作用力方向在減震器支架處設(shè)置6 500N的拉伸阻力，進(jìn)行分析計(jì)算，優(yōu)化后模型分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后模型強(qiáng)度分析結(jié)果

由圖5 可以看出，最大應(yīng)力為208.1MPa，出現(xiàn)在后橋大梁螺栓孔處，后橋大梁使用材料為510L，其屈服強(qiáng)度為355MPa，安全系數(shù)為1.70，故優(yōu)化后的后橋大梁及減震器支架的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前的最大應(yīng)力為642.4MPa，安全系數(shù)為0.55；優(yōu)化后的最大應(yīng)力為208.1MPa，安全系數(shù)為1.7。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)CAE 仿真輔助分析，可以更直觀地了解客車(chē)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)初期就可以精準(zhǔn)掌握材料的使用情況，既能滿足車(chē)輛的使用要求，又可精確控制成本，避免車(chē)輛后期運(yùn)營(yíng)時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足得問(wèn)題，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。