基于靜力學(xué)分析的快速鎖定產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的可行性研究

黨龍，周宗昊，申良奇，周剛，趙永利，李慧

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

引言

新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，往往需要進(jìn)行對(duì)單個(gè)構(gòu)件多版本的優(yōu)化建模工作，目前公司規(guī)范的建模方案為駕駛室懸置整體動(dòng)態(tài)分析建模方案，但由于此方案建模和計(jì)算速度較慢，導(dǎo)致研發(fā)效率低。

有限元分析越來越多地被應(yīng)用到產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)中，作用于Y向的0.8 G轉(zhuǎn)彎工況是駕駛室懸置CAE分析的重要工況[1-2]。新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，往往需要進(jìn)行對(duì)單個(gè)子件多版本的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，但由于駕駛室懸置整體動(dòng)態(tài)分析建模時(shí)間短且計(jì)算速度較慢，從而導(dǎo)致研發(fā)效率降低。

本文以某重卡駕駛室懸置為研究對(duì)象，將各子件拆分后進(jìn)行力矩分析，拆分后的子件便可以在 OptiStruct靜態(tài)分析中進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)面對(duì)多版本的優(yōu)化建模，可在靜態(tài)分析中提前規(guī)避部分模型缺陷，從而提升研發(fā)效率。此重卡駕駛室懸置系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括前懸上托架、翻轉(zhuǎn)搖臂、翻轉(zhuǎn)軸、下支座、后懸鎖止系統(tǒng)、彈性元件等，結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 某重卡駕駛室懸置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1 轉(zhuǎn)彎工況受力分析

1.1 尋找駕駛室質(zhì)心在單側(cè)懸置受力點(diǎn)

下圖2為駕駛室質(zhì)心在駕駛室前后懸上安裝點(diǎn)的位置關(guān)系圖。各點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：A——右前懸安裝點(diǎn)；B——左前懸安裝點(diǎn)；C——右后懸安裝點(diǎn)；D——左后懸安裝點(diǎn)；E——駕駛室質(zhì)心。

圖2 駕駛室質(zhì)心與駕駛在前后懸上安裝點(diǎn)的位置關(guān)系圖

上圖中F點(diǎn)，為駕駛室質(zhì)心作用于右側(cè)懸置的受力點(diǎn)，為了確定F點(diǎn)需要計(jì)算h和d的尺寸，經(jīng)計(jì)算（過程略）得到h=412.1 mm，d=510.9 mm。

1.2 轉(zhuǎn)彎受力分析

受轉(zhuǎn)向力影響，駕駛室懸置左右兩端受力不同。為方便分析，設(shè)整車向前進(jìn)方向右側(cè)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向力作用于整車前進(jìn)方向左側(cè)，分析受力時(shí)只分析駕駛室左側(cè)懸置受力。

駕駛室受到Y(jié)方向0.8 g的轉(zhuǎn)彎加速度，換算成施加在駕駛室質(zhì)心上的作用力為0.8 mg=7 840 N。

為計(jì)算轉(zhuǎn)彎工況單側(cè)受力，做模型簡(jiǎn)化，如下圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)彎工況左右受力拆分（y，z平面）

由單側(cè)計(jì)算分擔(dān)到前、后懸單側(cè)所受轉(zhuǎn)向力，做模型簡(jiǎn)化，如下圖4所示。

圖4 作用在右側(cè)轉(zhuǎn)向力分擔(dān)到前、后懸置作用力

上圖中參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，結(jié)果如下表1所示。

表1 轉(zhuǎn)彎工況各參數(shù)計(jì)算結(jié)果

再通過各件連接關(guān)系分別計(jì)算所受力矩大小。由于轉(zhuǎn)向力向駕駛室右側(cè)，故受力僅以駕駛室右側(cè)懸置為例，結(jié)合重力，右側(cè)各關(guān)注件有限元模型如下圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)彎工況各關(guān)注件有限元模型

2 分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)

以駕駛室懸置整體轉(zhuǎn)彎工況動(dòng)態(tài)分析結(jié)果為參考，對(duì)比子件靜態(tài)拆分結(jié)果如下圖6所示。

圖6 兩種分析各件應(yīng)力集中對(duì)比

上圖可以看出，拆分靜態(tài)分析各子件風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)分析各子件風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位置基本吻合。統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)整體分析關(guān)注件應(yīng)力集中位置數(shù)量和其所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)拆分分析關(guān)注件應(yīng)力集中處數(shù)量，如下表2所示。

由表2可以看出，靜態(tài)拆分分析各關(guān)注件應(yīng)力集中處數(shù)量所占動(dòng)態(tài)整體分析關(guān)注件應(yīng)力集中處數(shù)量比例均較高，拆分靜態(tài)分析可以滿足設(shè)計(jì)前期尋找風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的作用。

表2 各關(guān)注件靜態(tài)拆分分析和整體動(dòng)態(tài)分析應(yīng)力集中點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

3 總結(jié)

新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，由于單個(gè)子件優(yōu)化版本較多。為了提升產(chǎn)品研發(fā)效率，本文以某重卡為研究對(duì)象，以轉(zhuǎn)彎工況建模為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)拆分分析，通過觀察和動(dòng)態(tài)分析對(duì)比應(yīng)力集中位置可知靜態(tài)子件拆分分析可以起到新產(chǎn)品研發(fā)前期尋找模型風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的作用，此方案可以提升產(chǎn)品研發(fā)效率。