某汽车扭力梁强度分析

许元洪 林贤坤 彭永东 苗明达

摘 要：通过有限元软件HyperWorks对某汽车扭力梁在侧向工况、扭转工况、制动工况下的情况进行数值仿真，分析扭力梁在各个工况下的应力分布状况，根据后处理云图找出扭力梁在各个工况下的风险点，为后期扭力梁结构优化提供方向和思路。

关键词：扭力梁；数值仿真；强度；应力分布；结构优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.002

1 引言

扭力梁是汽车底盘中的重要部件，其结构简单，占用空间小，维修方便且价格便宜，被广泛用于前轮驱动的中小型家庭轿车的后悬架系统中，传递着车身与路面各个方向上的作用力。其自身具有一定的扭转刚度，可以起到与横向稳定杆相同的作用，增加车辆的侧倾刚度，提高车辆的侧倾稳定性。

2 有限元模型的建立

扭力梁有限元模型如图1所示。其中包括衬套管、衬套管加强板、纵臂、横梁、弹簧座、减振器支架、轮毂安装支架、轮毂安装支架加强板等部件，各部件之间通过具有厚度的网格进行焊缝模拟，用具有刚性的rigids单元对轮毂进行模拟，对整个扭力梁采用四边形划分，材料特性：弹性模量=2.1E+05N/mm2，泊松比=0.3，密度=7.89E-09Ton/mm3。三个工况中分别约束衬套连接车身端XYZ三个方向上的平动；侧向工况中轮心左侧位置未约束，右侧位置约束XYZ方向的平动，在Z方向施加6200N的力施力点为轮胎接地点；扭转工况中轮心左右位置约束Z方向上的平动，在左右轮心处施加强迫位移64.5mm；制动工况中轮心左右位置约束Z方向上的平动在X方向施加10300N的力，施力点为轮胎接地点。

3 仿真结果分析

侧向工况中，扭力梁最大应力为420.89MPa，位于弹簧座位置，最大值大于材料屈服极限；扭转工况中，扭力梁最大应力为363.78MPa，位于横梁位置，最大值小于材料屈服极限；制动工况中，扭力梁最大应力为456.76MPa，位于弹簧座位置，最大值大于材料屈服极限；各工况应力云图如图2所示。在各个工况下受到的最大应力是不相等的，而且各工况下的风险点也是不同，在产品设计的过程中应该注意弹簧座与焊缝相连的拐角部分，因为在侧向工况和制动工况下受力超过材料的屈服極限，在扭力梁工作过程中会产生疲劳断裂，从而造成一定的危险性。

4 结果与讨论

本文以某汽车扭力梁为例，根据其在运行过程中所受载荷及载荷分配不均，结合台架实验中出现的问题，运用有限元软件HyperWorks建立扭力梁的有限元模型，进行强度分析，具体结论如下：

a.在侧向和制动工况中，应力最大值出现在弹簧座处并且高于材料的极限屈服强度，在实际工况中扭力梁会因为应力过大而导致断裂。

b.通过对侧向，扭转，制动三种典型工况分析，找出扭力梁在各个工况下的风险点即所受应力超过材料屈服极限的点，对后扭力梁的优化及开发起到了重要的参考价值和借鉴意义。

c.利用有限元软件分析可以缩短产品的开发周期，降低开发成本，减少实验的次数，保证产品的质量，具有十分重要的意义。

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作者简介：许元洪（1990-），男，河南周口人，硕士研究生在读，研究方向：汽车轻量化。