某车型悬架开裂的原因分析及整改措施

李瑶,石宁

(1.重庆科技学院安全工程学院，重庆 401331；2.湖州宏威新能源汽车有限公司，浙江湖州 313000)

0 引言

悬架是汽车的基体，悬架需要有足够的强度和刚度以承受汽车内外的各种载荷和从车轮传来的冲击[1]。因此，悬架的可靠性极为重要，不仅关系到车辆是否能正常运行，还关系到整车的安全性。文中针对某车后悬架开裂的故障问题，利用有限元计算进行原因分析，并通过对比分析提出改进方案[2]。相比传统的经验设计方法，利用有限元方法分析得出的改进方案更为有效，质量及成本控制得更为合理[3]。

1 问题描述

某款车ET(Engineering Trial)阶段在整车台架耐久试验过程中，后减震器下安装支架出现断裂(如图1所示)。文中针对后悬架总成进行强度分析，确定开裂原因并制定整改方案。

图1 试验开裂部位

2 问题分析

从试验记录照片可以看出，开裂最先发生位置非常靠近安装支架与纵臂焊接的焊缝上，且均发生在试验里程1 000 km左右，故初步推断此次断裂是由于安装支架局部应力集中发生开裂，最终导致焊缝撕裂。作者根据车辆的使用特点，选取加速、制动、转向、颠簸4种典型工况，将后悬总成在经典工况下的加速度数据转化为地面的支反力，施加在轮胎接地点上，对后悬总成进行强度分析，为确定开裂原因和制定整改方案提供支持。

3 模型定义

3.1 模型的建立

根据设计部提供的数模及相关的整车参数建立相应的分析模型[4]，如图2所示。

图2 分析模型

采用ADAMS软件进行载荷分解，采用ABAQUS软件进行静强度计算分析。

3.2 数据输入及工况

项目组提供的相关数据明细如表1所示。

表1 悬架中零部件材料信息表

根据提供的数据和分解的载荷，利用惯性释放作为边界条件，采用经典工况颠簸、加速、制动、转向对悬架进行强度分析[5]。

4 悬架强度计算结果

在颠簸工况下，后减震器下安装支架最大应力达到352 MPa，已经超过其使用材料WL440的屈服强度，如图3所示，且应力集中位置与试验过程中的开裂发生位置十分吻合，有效地佐证了试验的准确性以及前期对开裂原因的推断。

图3 仿真与试验对比

5 整改措施

减震器安装支架作为减震器的安装和支撑部件，对整车的可靠性和安全性有着非常重要的作用。为了消除开裂处的应力集中，考虑从零件厚度和结构两方面对减震器安装支架进行加强，以解决此次开裂问题。具体整改方案如下：

(a)将后减震器下安装支架厚度由3 mm增加到4 mm。

(b)修改其结构，改善应力分布，如图4、图5所示。

整改方案分析结果云图见表2。

图4 原方案 图5 整改方案

表2 后减震器下安装支架整改后各工况分析结果

分析结果：

(1)原后减震器下安装支架在颠簸工况下，开裂位置存在应力集中，且应力水平较高，为352 MPa，超过其使用材料WL440的屈服强度。

(2)整改后的CH035后减震器下安装支架最大应力发生在转向工况下，为270 MPa；颠簸工况下，其最大应力为232 MPa，均小于其使用材料WL440的屈服强度，满足要求。

(3)经过实车试验验证，该部位再无开裂出现。

6 结论

通过建立汽车零部件结构或系统的有限元计算模型，应用有限元分析法进行仿真分析和计算，可降低设计开发成本、减少试验次数、缩短设计开发周期、提高产品质量，使得汽车在轻量化、舒适性、可靠性和操纵稳定性方面得到改进和提高，

具有非常重大的实际意义。

参考文献:

[1]欧阳鬯，马文华.弹性·塑性·有限元[M].长沙:湖南科学技术出版社,1983.

[2]龚培刚.有限元方法及其在汽车工程中的应用[M].重庆:重庆大学出版社，1958.

[3]傅永华.有限元分析基础[M].武汉:武汉大学出版社,2003.

[4]李楚琳.Hyper Works分析应用实例[M].北京:机械工业出版社,2003.

[5]李飞,郭孔辉,丁海涛,等.汽车耐久性分析底盘载荷预测方法研究综述[J].科学技术与工程,2010,10(24):5960-5964.

LI F,GUO K H，DING H T,et al.Chassis Loads Prediction Approach of Vehicle Durability Analysis Research Summary[J].Science Technology and Engineering,2010,10(24):5960-5964.