基于Hyperworks的某SUV前副车架强度疲劳性能优化研究

胡永然 吴静 黄勤

摘 要：前副车架是SUV底盘关键承载部件，对整车性能有重要影响，文章针对某SUV车型前副车架进行了极限强度和台架疲劳工况CAE分析和研究，然后进行了台架刚度测试和强度工况测试，CAE分析和台架试验结果表明，此SUV前副车架刚强度和抗疲勞性能满足目标要求。

关键词：前副车架;疲劳强度;性能优化

中图分类号：U462.1  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）16-33-03

Abstract： The front subframe is the key load-bearing part of the SUV chassis， which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper， the CAE analysis and Research on the ultimate strength and fatigue condition of the front subframe of an SUV are carried out， then， the stiffness test and strength test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the rigidity， strength and fatigue resistance of the SUV front subframe meet the target requirements.

Keywords： Radiator Bracket; Fatigue Strength; Bench Test

CLC NO.： U462.1  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）16-33-03

1 引言

随着国家经济高速发展，人民的生活水平日益提高，乘用车尤其SUV销量也得到快速发展，与此同时，人们对于SUV的舒适性要求也越来越高。副车架作为SUV车型底盘关键承载件，对整车操稳性、舒适性的影响至关重要，其使用也越来越广泛，为转向机、下摆臂、稳定杆等部件提供了定位基准和安装位置[1]。同时，前副车架将各种悬架元件连接起来，构成了总成部件，提高了悬挂系统的通用性，并为各大主机厂平台通用性提供了良好基础[2]。

本文研究源于某新平台SUV需开发前副车架，需确保其结构刚强度和疲劳性能满足设计目标要求，通过有限元方法分析方法手段，基于Hyperworks及Ncode软件，对某城市型SUV前副车架进行了极限强度和台架工况疲劳CAE分析，同时结合台架试验，进行了前副车架刚度测试和台架强度试验，CAE分析结果和台架测试结果表明此车型前副车架刚强度性能及抗疲劳性能满足目标，对该SUV车型底盘性能提供了重要的设计参考和风险把控，最终通过了路试考核。

2 前副车架CAE强度分析

2.1 前副车架FEA模型

本文采用有限元软件Hyperworks对某SUV前副车架进行了建模，网格大小为5mm，对应材料为SAPH440和QSTE 420TM，有限元模型如图1所示。

2.2 前副车架CAE极限强度分析

本文分析前副车架极限强度工况为：静态工况，转弯工况，转弯制动工况，轮胎上抬工况，采用惯性释放法进行强度计算，模型无约束，输入载荷为ADAMS计算输出的结果。

前副车架极限强度分析结果如图2所示。

根据设计DVP工况进行的前副车架强度分析结果表明（图2）最大应力出现在转弯工况，最大应力为455.3MPa，但小于材料QSTE420TM屈服强度480MPa，满足设计要求，强度分析汇总结果如表1所示。

2.3 前副车架台架疲劳CAE分析

本文对前副车架进行了台架疲劳CAE分析，工况为：Case1为Bracket Load X向加载1g，循坏次数25000次， CAE疲劳分析结果如图3所示，评价标准为损伤值小于0.1，CAE疲劳分析结果表明Case1前副车架最大疲劳损伤值为0.014，小于目标值，满足设计要求。

3 前副车架台架试验测试分析

3.1 前副车架台架刚度试验分析

台架试验是通过科学方法重现试验场载荷激励，同时适当加强，以实现关键零部件或整车的强度和抵抗疲劳性能摸底和评价，良好的台架试验，可降低研发费用，缩短开发周期[3]。

本文对前副车架进行了台架刚度测试，如图4所示。刚度试验边界条件为：副车架上摆臂前衬套支座（N1点）Y向8KN～-8KN，加载速度0.5KN/步，副车架上摆臂后衬套支座（N2点）Y向8KN～-8KN，加载速度0.5KN/步，评价标准为N1和N2点刚度>5KN/mm。

按照上述试验边界条件进行刚度测试后，得到如下图5的N1和N2刚度试验结果，经拟合得出N1点刚度为22.5KN/mm，N2点刚度为15KN/mm，满足目标要求。

3.2 前副车架台架强度试验分析

本文对前副车架进行了摆臂连接点X和Y向台架强度试验，试验条件为：副车架前悬下摆臂（N3点）X和Y向分别加载16KN，加载速度为0.5KN/步，如果零件未失效，加载至1.6倍目标力值，评价标准为副车架无裂纹。摆臂连接点X向、Y向强度试验作动缸力与位移曲线如图6 所示，试验完成后，检查未发现裂纹及塑性变形，满足目标要求。

4 结论

本文基于Hyperworks和Ncode有限元仿真分析软件，对某城市型SUV前副车架进行了极限强度和台架工况疲劳CAE分析，同时结合台架试验，进行了前副车架刚度测试和台架强度试验。CAE分析和台架测试试验结果表明，此车型前副车架刚强度性能及抗疲劳性能满足目标，最终通过了路试考核。

参考文献

[1] 杨兰，杨勇等.基于台架和道路试验验证的前副车架性能优化[J].设计研究，2017，2（1）：22-25.

[2] 袁上海，赵俊.基于Nastran的汽车前副车架静动态特性分析 [J] 内燃机与配件1994，13（1）：71-72.

[3] 许江涛，郭瑞霞.海基于虚拟技术某轿车前副车架疲劳试验的优化 [J]南京工业职业技术学院学报，2018，4（1）：1-5.