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扭轉(zhuǎn)梁后懸架的有限元分析

發(fā)布于:2018-03-28 22:17
有限元分析

       20世紀(jì)70年代,在車(chē)輛中出現(xiàn)了扭力梁式懸架,至今該種懸架結(jié)構(gòu)仍被廣泛應(yīng)用,特別是應(yīng)用于前輪驅(qū)動(dòng)的中小型家庭轎車(chē)的后懸架系統(tǒng),其主要包含4部分:承受主要垂向和側(cè)向力的矩扭轉(zhuǎn)橫梁,焊接在扭轉(zhuǎn)橫梁左右兩側(cè)的縱向擺臂,在縱向擺臂前端連接車(chē)身的彈性元件及支架,彈簧減振器系統(tǒng)。拖曳臂式懸掛既有非獨(dú)立懸掛存在的缺點(diǎn),又有獨(dú)立懸掛的優(yōu)點(diǎn)。扭力梁式懸架主要優(yōu)點(diǎn):(1)從安裝角度來(lái)看,車(chē)輛中安裝整個(gè)懸架的空間小,不需要控制臂和桿,只有少量部件需要裝配,一體的彈簧減振器或分開(kāi)的減振器和彈簧容易匹配,容易安裝和拆卸。(2)從懸架匹配角度來(lái)看,有一個(gè)有利的從車(chē)輪中心到彈簧的傳動(dòng)比,只有兩個(gè)襯套安裝點(diǎn),它們幾乎對(duì)車(chē)輪跳動(dòng)沒(méi)有影響。(3)從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來(lái)看,在側(cè)向力工況下有較低的外傾改變,有較低的側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向特性,有較好的縱傾軸線位置,它能降低制動(dòng)時(shí)車(chē)尾抬起量。橫梁還具有穩(wěn)定桿的功能。而其主要缺點(diǎn)是:由于控制臂的變形,具有側(cè)向力過(guò)度轉(zhuǎn)向傾向;橫梁中具有扭轉(zhuǎn)和剪切應(yīng)力;焊縫中具有較高的應(yīng)力;允許的后軸載荷受到后軸強(qiáng)度的限制。在運(yùn)動(dòng)學(xué)上,確定的車(chē)輪位置限制了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)的變化,瞬時(shí)中心位置的確定依賴(lài)于軸的運(yùn)動(dòng)和扭力梁的剛度,車(chē)輪相互影響。另外由路面引起的振動(dòng)和噪聲很難減弱。汽車(chē)后橋總成作為車(chē)輛的一個(gè)重要承載部件,傳遞著車(chē)架與路面之間各個(gè)方向的作用力,其質(zhì)量對(duì)車(chē)輛的安全性和可靠性具有重要影響。因而,本研究基于某轎車(chē)扭桿梁式后橋的實(shí)際結(jié)構(gòu),采用Hyperworks、abaqus對(duì)該后橋進(jìn)行了有限元分析建模,按照整車(chē)在3種工況下的受力特征,對(duì)該后橋進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算與評(píng)價(jià)。
       一個(gè)完整的有限元分析包括有限元幾何模型的建立、劃分網(wǎng)格、定義材料特性、定義邊界條件、定義單元的物理屬性,然后進(jìn)行分析運(yùn)算,最后輸出分析結(jié)果。在Hypermesh軟件中,導(dǎo)入U(xiǎn)G建好的三維實(shí)體模型。由于扭力梁是對(duì)稱(chēng)部件,且要保證網(wǎng)格左右對(duì)稱(chēng)性,只對(duì)扭力梁一半進(jìn)行幾何處理,利用Hypermesh抽取中位面,對(duì)所有的鈑金件進(jìn)行一次性抽取中位面,抽取后要考慮對(duì)幾何模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理和幾何清理,以便于劃分優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格進(jìn)行分析。Hypermesh軟件中進(jìn)行幾何清理主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)化模型的幾何細(xì)節(jié)、幾何修復(fù)和拓?fù)涓倪M(jìn)。通過(guò)幾何清理除去小孔、錯(cuò)位和不需要的細(xì)節(jié),修復(fù)模型的錯(cuò)誤,壓縮兩相鄰曲面的公共邊界,這些措施有利于網(wǎng)格的劃分,能夠保證網(wǎng)格的正確連接,可獲取高質(zhì)量的網(wǎng)格樣式,以提高整個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和速度,其計(jì)算精度也可以得到提高。劃分網(wǎng)格是建立有限元模型時(shí)非常重要的一個(gè)步驟,網(wǎng)格劃分好壞將直接影響分析的精確程度,同時(shí)也要考慮模型的計(jì)算時(shí)間,由于扭力梁由沖壓散件焊接而成,因此有限元模型采用殼單元對(duì)后橋進(jìn)行網(wǎng)格劃分,采用Hypermesh中的2D面板中的automesh工具自動(dòng)劃分二維單元,對(duì)于扭桿實(shí)體零件,為了保證網(wǎng)格的精度,在這里采用六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
       為保證有限元分析計(jì)算的精度,對(duì)于面單元一定要檢查單元的質(zhì)量,以免質(zhì)量較差的網(wǎng)格單元影響分析結(jié)果精度,更有甚者模型就計(jì)算不下去。影響網(wǎng)格2D單元網(wǎng)格質(zhì)量的因素主要是:翹曲度、長(zhǎng)寬比、雅克比、扭曲角和四邊形最大角、最小角,以及三角形單元所占比例、最大角、最小角,表示單元內(nèi)各個(gè)積分點(diǎn)處的雅克比矩陣值中最小值與最大值之比,通常雅克比大于0.7時(shí),是可以接受的;翹曲度表示在四邊形中,沿對(duì)角線分割成的兩三角形所在平面的夾角,單元的翹曲在有限元模型中是被允許的,但不能超過(guò)一定的界限,翹曲太大會(huì)影響網(wǎng)格的精度,此外,其他的一些網(wǎng)格指標(biāo)也應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi),具體的控制數(shù)據(jù)如表所示。


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