基于HyperWorks的载货车车架强度仿真分析

晏强，高伟，方慧平，王磊

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

基于HyperWorks的载货车车架强度仿真分析

晏强，高伟，方慧平，王磊

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

本文运用HyperWorks有限元分析方法，建立了载货车车架强度分析模型。确定了车架静态垂向、转弯、扭转和制动四种工况下的边界条件和载荷。强度分析结果为车架结构设计提供了理论依据。

载货车车架；有限元法；强度分析

CLCNO.:U466 Document Code：A Article ID：1671-7988(2015)03--

引言

车架作为汽车的承载基体，承受着来自车内外的各种载荷，因此车架应具有足够的强度来保证汽车的行驶和安全性能。

本文以某款载货车车架为研究对象，以HyperMesh为前处理工具，建立以壳单元为主，多种单元形式相结合的有限元分析模型。求解器采用Radioss进行计算，后处理工具采用HyperView进行分析判断。

通过车架强度仿真分析，知悉车架在各个工况下的应力分布情况，有利于设计人员进行结构优化，使车架强度满足整车性能要求。

1、车架有限元模型

1.1 模型的建立

本文研究的车架为边梁式螺栓连接和铆钉连接车架，两侧为冲压纵梁与铸造前伸梁相结合，中间有冲压变速器横梁、尾梁和若干管横梁，其中管横梁以焊接法兰板的形式装配在纵梁上。

将车架CATIA三维模型转换为stp格式，导入HyperMesh进行前处理工作。建立车架有限元分析模型时，钣金件用壳单元模拟，单元平均尺寸10mm，以四边形为主，含少数三角形单元；铸造件用四面体单元模拟，单元平均尺寸5mm。对于螺栓连接和铆钉连接，采用刚性单元rbe2与梁单元cbar相结合的形式，避免出现局部刚度突变，提供较好的局部刚度效果。前轴、后桥则简化为beam梁单元。

通过HyperMesh前处理，共划分单元数量1716124，结点数量516369。有限元模型如图1。

1.2 边界条件和载荷

根据载货车车架的实际受力情况，将货物质量以均布载荷的形式加载到副车架上；随车附件质量按实际安装和固定位置，在几何重心位置模拟质心单元；其它结构件的自重通过软件定义密度即可。

同时，以车架强度分析数据准备单为依据对边界条件和载荷进行编辑，见表1。

表1 车架强度分析数据准备单

2、车架强度分析

用HyperMesh进行前处理时，将确定的车架静态垂向、转弯、扭转和制动四种工况下的边界条件和载荷编辑录入。通过求解器Radioss进行计算，采用HyperView进行分析判断，考察各工况下车架纵梁、横梁和铸件等的应力分布情况，为设计提供理论依据。

2.1 静态垂向工况

在进行强度分析时，需要在四个轴端对有限元分析模型进行约束，1、2、3、4、5、6六个阿拉伯数字分别代表约束X方向平动、Y方向平动、Z方向平动、X方向转动、Y方向转动、Z方向转动（下同）。

在进行静态垂向受力工况分析时，前左轮约束1、3，前右轮约束1、2、3，后左轮约束3，后右轮约束2、3，施加垂向加速度。该工况下，车架纵梁、横梁和铸件的应力分布情况如图2所示。

2.2 转弯工况

在进行转弯工况分析时，前左轮约束1、3，前右轮约束1、3，后左轮约束3，后右轮约束3。施加垂向加速度和横向加速度。该工况下，车架纵梁、横梁和铸件的应力分布情况如图3所示。

2.3 扭转工况

在进行扭转工况分析时，前左轮约束3，前右轮约束1、2、3，后左轮约束2、3，后右轮约束3，施加垂向加速度。该工况下，车架纵梁、横梁和铸件的应力分布情况如图4所示。

2.4 制动工况

在进行制动工况分析时，前左轮约束1、3，前右轮约束1、2、3，后左轮约束1、3，后右轮约束1、2、3。施加垂向加速度和纵向加速度。该工况下，车架纵梁、横梁和铸件的应力分布情况如图5所示。

3、结论

根据车架强度分析计算结果，各工况下车架纵梁、横梁和铸件的最小安全系数见表2。

表2 各工况条件下车架的最小安全系数

从表中可以看出，车架静态垂向受力、转弯、扭转和制动四种工况下的各部件应力分布情况均满足强度要求，安全系数全部大于1，表明该车架能够保证汽车的行驶和安全性能。

[1] 陈家瑞，汽车构造（下册）［M］，机械工业出版社，2001。

[2] 吕品，汽车车架拓扑优化设计［D］，吉林大学硕士学位论文，2008。

[3] 陈启亮、王朋波等，Hypermorph工具在某型卡车车架扭转刚度优化设计中的应用，长安汽车北京研究院。

The strength analysis of truck frame based on HyperWorks

Yan Qiang, Gao Wei, Fang Huiping, Wang Lei
(Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xian 710200)

In this paper,a finite element model of a frame is created based on HyperWorks software for strength analysis.Boundary condition and loads that the frame in static, turning, torsion and braking is determined.The result of strength analysis is beneficial to the frame design.

Truck frame；Finite element method；Strength analysis

U466

A

1671-7988(2015)03--

晏强，就职于陕汽重型汽车有限公司研究院，从事重型汽车开发工作。