基于HyperMesh的某轻卡车架开裂分析

张小雨，刘迪



基于HyperMesh的某轻卡车架开裂分析

张小雨，刘迪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

车架作为汽车的主要承载部件，其性能直接关系到整车性能好坏。以某轻型卡车车架出现纵梁出现开裂裂为切入点，运用UG软件对货车车架进行三维实体建模，通过HyperMesh软件建立其有限元模型，分析货车车架在弯曲、扭转工况下的变形及应力分布情况，同时对车架进行模态分析及强度校核，为进一步优化车架结构避免此类市场问题发生提供参考依据。

轻卡车架；UG；HyperMesh；有限元分析

前言

车架是汽车的关键承载部件，主要有两个功用：一是支承连接汽车的各零部件，二是汽车的主要承载部件，承受来自汽车内、外的各种载荷，其性能直接关系到整车性能的好坏[1,2]。车架工作时要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力，同时受到来路面和车桥的激振而产生振动，设计合理的车架结构是相当重要的。车辆在行驶过程中，若作用在车架上的动载荷频率接近车架结构的固有频率，就会产生共振和噪声，影响驾驶及乘坐舒适性，并且共振时间过长极易导致车架结构变形、疲劳破坏，影响安全性和整车的使用寿命[2-,3]。因此，确定车架的固有频率及振型对车架的设计和改进尤为重要[4]，车架的强度计算及其结构模态分析在当今汽车结构设计中具有十分重要的意义。

1 车架开裂问题分析

1.1 车架开裂及变形市场问题概况

通过走访市场发现车架断裂变形处集中发生在货箱与驾驶室之间的位置。如图1所示：

1.2 有限元数模的建立

按照图纸尺寸利用UG建模模块建立车架模型。如图2所示。

根据车架数模建立有限元分析模型，如图3所示。钣金件采用SHELL单元离散，铸件采用SOLID单元模拟，缝焊采用RBE2单元模拟，集中质量采用CONM2单元模拟。整车质量配重如表1所示。分析中所使用的软件有HYPER MESH、NASTRAN和HYPERVIEW。

图1 实车状态车架断裂变形状况

图2 车架模型及结构

图3 车架有限元分析模型

表1 整车质量配重

根据汽车在实际行驶过程中驱动、制动、转向和垂直冲击四种工况，建立车身强度分析工况边界条件如表2及图2所示：

表2 强度分析边界条件（典型工况）

1.3 有限元数模求解结果

驱动、制动、转向和垂直冲击四种工况下的应力云图如图4-7所示：

图4 驱动工况应力云图

图5 制动工况应力云图

图6 转向工况应力云图

图7 垂直冲击工况应力云图

对于车架四种典型工况分析结果，统计如表3所示。

表3 车架强度对比分析结果

目标值：安全系数（驱动、制动、转向）≥1.2；安全系数（垂直冲击工况）≥1。

1.4 数据解析

由以上分析可知，

1）左纵梁在制动、转向和冲击工况下均不满足要求，但只有制动、扭转工况时最大应力点在车架纵梁开裂位置，其他工况不在此位置；

2）右纵梁在制动、转向和冲击工况下不满足要求，但只有制动工况最大应力点在此次市场车架开裂位置，其他工况最大应力点不在此位置；

3）第二横梁在转向时零件应力超标，可能是由于模型设定导致产生应力集中；

4）第三横梁在垂直冲击条件下安装螺栓孔附件产生最大应力，结合相似车型三横梁市场表现，初步分析是由于模型网格划分不良导致；

5）另外，由于实际工况纵梁与加固版之间存在力的传递关系，而在分析过程中并未考虑到此部分，因而纵梁的应力会比实际值偏大。

2 车架开裂原因分析

关于此次市场车架开裂位置比较集中，均为单排驾驶室支撑后端与货箱之间，开裂原因分析如下：

1）排放升级后，动力普遍加强而部分车架没有加强：许多国四、国五目前发动机排放升级后，都采取涡轮增压发动机，发动机的动力比原先强，导致用户超载严重；

2）单排厢式车纵梁前端刚好在纵梁变形位置：部分货箱纵梁在车架纵梁外侧，导致纵梁局部受力严重，从而变形甚至断裂；但同类布置车型未发生此类断裂，故此项应该不是纵梁断裂的主要原因；

3）上翼面排半驾驶室支撑孔在该位置，x尺寸为x=677和x=737，其中x=677孔刚好在货箱纵梁前端，导致应力进一步集中到孔上。

4）部分车型车架断裂处缺少加固板，安全系数较小。

3 整改措施

1）去除纵梁上翼面多余孔位，尽可能减少应力集中现象的发生；

2）对于单层车架的车型，增加前加固版；

3）对于二类出厂的产品，建议货箱与纵梁之间增加性能较好的垫木，防止纵梁与车架纵梁的直接接触。

4 总结

通过熟练使用有限元分析软件对此次市场问题进行了深入的分析，更加全面的了解了车架力学性能，为解决此类市场问题提供了理论依据，指明了车架优化设计的方向，避免了此类问题的再次发生。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2] 孙艳鹏.载重汽车车架有限元分析及优化[D].重庆交通大学硕士学位论文.2008.

[3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4] 蒋孝煜.有限元基础.北京:清华大学出版社.1992.

[5] 王钰栋.HyperMesh＆HyperView应用技巧与高级实例.机械工业出版社.

Analysis of cracking of a light truck frame based on HyperMesh

Zhang Xiaoyu, Liu Di

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

The frame is the main load-bearing component of the car, and its performance is directly related to the perfor -mance of the whole vehicle. Taking the cracking of the longitudinal beam in a light truck frame as the starting point, the UG software is used to model the three-dimensional solid body of the truck frame, and the finite element model is established by HyperMesh software to analyze the frame of the truck under bending and torsion conditions. Deformation and stress distribution, and modal analysis and strength check of the frame, provide a reference for further optimization of the frame structure to avoid such market problems.

frame of truck; Unigraphics NX;Hypermesh; finite element analysis

U467

B

1671-7988(2018)24-129-03

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张小雨，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.047