基于Ncode的某SUV后转向节强度疲劳性能仿真和试验研究

李文凯，黄勤，陈明亮

基于Ncode的某SUV后转向节强度疲劳性能仿真和试验研究

李文凯，黄勤，陈明亮

（江西五十铃汽车有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330010）

后转向节是SUV车型底盘系统的关键承载部件，对整车性能有重要影响，文章针对某SUV后转向节进行了强度和疲劳CAE分析，然后进行了台架刚度测试和强度与疲劳测试，CAE分析和台架试验结果表明，某SUV车型后转向节零件的力学性能满足目标要求。

前转向节；强度；疲劳

1 引言

随着国民经济高速发展，人民的物质生活水平日益提高，以SUV为典型代表的乘用车销量也得到迅猛攀升，同时国人对于SUV的舒适性要求也越来越严。汽车后转向节作为底盘系统关键零部件，起到承受各种冲击和传递载荷和转向的双重重要作用，同时将悬架、制动器和转向系统有效的连接，对底盘系统综合性能发挥起到重要作用[1-4]，故开展后转向节强度疲劳耐久性能具有重要的经济价值和社会意义。

本文研究基于某正向开发新型SUV车型，需新开发后转向节部件系统，为确保该结构强度和耐久疲劳力学性能满足目标要求，通过采用Ncode软件，对某城市运动版SUV后转向节进行了结构强度和疲劳耐久CAE分析，同步进行了该SUV车型后转向节刚度测试和台架强度试验，CAE分析结果和台架试验结果显示，此运动版SUV车型后转向节结构刚强度性能及疲劳耐久性能满足目标。

2 后转向节CAE分析

2.1 后转向节有限元模型

本文在Hyperworks软件中，对某运动版SUV后转向节进行了有限元建模，实体网格大小为4mm，对应材料为AL-6082，其对应屈服强度为300MPa，如图1。

图1 某运动版SUV后转向节 FEA模型

2.2 后转向节CAE结构强度分析

本文为校核某城市版SUV结构强度性能，本文开展了该后转向节CAE强度，工况分别为轮胎上抬工况，整车扭转工况，整车制动工况，整车紧急转弯工况，模型采用惯性释放法无约束，载荷边界为ADAMS运算得到的激励。该后转向节部件的强度分析结果如图2。

根据汽车设计DVP规范进行的某运动型SUV车型后转向节强度分析结果显示，该部件最大应力出现在紧急转弯工况，最大平均应力为256.1MPa，小于材料屈服强度300MPa，满足目标，汇总结果如表1所示。

表1 前转向节强度分析结果表

2.3 后转向节台架疲劳CAE分析

图3 后转向节台架CAE疲劳分析结果

本文对某款运动版SUV车型的后转向节进行了台架场景下的疲劳CAE分析，根据耐久试验规范，工况一为Bracket Load X向加载1g，循环次数30000次，工况二为Lateral Load Y向加载1g，循环次数为32000次，疲劳强度评价标准：零部件损伤值小于1，分析结果表明，后转向节疲劳损伤峰值分别为0.16和0.19，满足设计目标。

3 后转向节台架试验分析

3.1 后转向节台架刚度试验分析

台架试验是整车结构设计中一个重要的验证方法，通过再现道路试验场载荷激励，以实现底盘系统关键零部件或整车的强度和疲劳耐久性能评估验证，可降低汽车产品的研发费用，缩短整车开发周期[5]。

本文对某城市版SUV车型的后转向节进行了台架刚度对标测试，如图4。试验边界条件为：将后转向节三个安装孔固定，在轴心处施加载荷，如图5，记录不同载荷下，转向节位移，如表2所示，测得平均刚度为0.066Deg/KN，满足目标小于0.11Deg/KN。

图4 后转向节台架刚度试验

表2 后转向节刚度试验结果

3.2 后转向节台架强度试验分析

本文对后转向节进行了台架强度测试，如图5所示，施力点力臂长335mm，载荷逐步增加，当F增大至10KN时，检查试件损伤情况，接受标准未损坏，无裂纹。

图5 后转向节强度试验

本文按照上述强度试验边界条件进行测试，得到图6试验结果，经探伤检测，未发现裂纹，满足设计目标。

图6 后转向节强度试验结果

图7 后转向节疲劳试验

3.3 后转向节台架疲劳试验分析

本文对某城市版SUV后转向节进行了台架疲劳对标试验，载荷激励为正弦波载荷，频率为5Hz，循环次数方差小于0.2，试验边界条件如图7所示，激励加载分为侧向力载荷和纵向力高载荷如图8。

图8 后转向节疲劳试验激励载荷

本文按照上述边界条件，进行了该部件台架疲劳试验，逐一对测试试样进行了详细检测，如图9，全无裂纹问题出现，满足设计目标。

图9 后转向节疲劳试验结果

4 结论

本文基于汽车结构和数值分析理论，结合Ncode仿真分析软件，对某城市版SUV车型的后转向节，进行了结构强度和疲劳耐久CAE分析，同时搭建了台架试验装置，进行了后转向节部件刚度性能测试和台架疲劳强度试验，CAE和台架试验结果评判，此城市版SUV车型后转向节结构强度和疲劳耐久力学性能满足设计目标。

[1] 张博文.基于试验工况的转向节CAE分析[D].湖北:湖北汽车工业学院,2017.

[2] 胡永然.基于Hyperworks的某SUV前副车架强度疲劳性能优化研究[J].汽车实用技术,2020(16):31-34.

[3] 张海涛.基于拓扑优化的转向节轻量化设计[J].汽车实用技术, 2020,16(1):14-18.

[4] 谢邵龙.基于ABAQUS的某SUV引擎盖力学性能仿真与试验研究[J].汽车实用技术,2020(20):28-30.

[5] 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.

Simulation and Experimental Study on Strength Fatigue Performance of a SUV Rear Knuckle with Ncode

Li Wenkai, Huang Qin, Chen Mingliang

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )

The rear knuckle is the key load-bearing component of the chassis system of SUV, which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper, the strength and fatigue of the rear knuckle of an SUV are analyzed by CAE, and then the bench stiffness test and strength and fatigue test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the rear knuckle Parts of a SUV meet the target requirements.

Rear steering knuckle; Strength; Fatigue

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.026

U467

A

1671-7988(2021)03-86-03

U467

A

1671-7988(2021)03-86-03

李文凯，就职于江西五十铃汽车有限公司产品开发技术中心。