基于HyperMesh的某重卡挡泥板支架的优化改进

周宗昊，周刚，赵永利，宋磊，樊天博，张明

（陕西万方汽车零部件有限公司，陕西 西安 710200）

引言

挡泥板支架作为重型卡车车身附件的主要部分之一，通过螺栓固定在车架上，在车辆行驶过程中承受地面的冲击载荷。在路况较差的情况下，挡泥板支架会加剧晃动，所受的瞬时冲击力也会随之增大，进而导致最大应力集中点处出现裂纹甚至发生断裂。若在行驶过程中发生断裂，挡泥板支架有可能会发生脱落，从而带来安全隐患。本次分析的挡泥板支架在使用过程中出现了断裂现象，且断裂件较多，因此，需对其进行静力学仿真分析并且进行结构优化，从而保证车辆在以后行驶过程中挡泥板支架能满足性能要求。

针对以上情况，本文采用有限元软件HyperMesh对某重卡挡泥板支架在跳动工况下进行静力学仿真分析，通过结果对比验证了仿真结果与实际断裂位置的一致性，并对其进行了优化，优化后的挡泥板支架强度相比之前有了很大提高。

1 问题分析

由于挡泥板支架安装位置受空间限制，因此需要悬臂较长的挡泥板支架，但这同样会加剧挡泥板的抖动，且支架管与底座之间焊缝过多，极易造成局部热应力，从而导致应力集中造成挡泥板支架断裂[1]。为了找出断裂原因，对断裂件在跳动工况下进行有限元仿真分析，通过分析结果看出挡泥板支架最大应力位置（见图1）与实际断裂位置（见图2）相吻合[1]。从而可以确定挡泥板支架断裂是支架管与底座焊接处的最大应力大于材料本身屈服强度导致的[1-2]。因此需要对底座和支架管进行优化，降低其应力，进而满足性能要求。

图1 挡泥板支架应力云图

图2 挡泥板支架实际断裂图

2 优化对比

2.1 模型优化对比

针对挡泥板支架断裂现象，本文对其进行了优化（见图3，图4），底座和支架管相比原方案有所改变，底座材料由原来的Q235更换成RZG310-570，整体重量也有原来的7.037kg降低到5.62kg，焊缝连接也相对减少。

图3 挡泥板支架原方案

图4 挡泥板支架优化方案

2.2 有限元网格划分

应用HyperMesh软件对模型进行几何清理和网格划分（见图5），模拟挡泥板支架在卡车行驶过程中受到地面Z方向-10g冲击载荷。

图5 有限元模型

2.3 有限元分析结果

挡泥板支架受到地面Z方向-10g冲击载荷分析结果（见图6，图7）：

图6 支架管应力云图

图7 底座应力云图

原方案与优化方案应力结果对比（见表1）。

表1 仿真分析计算结果

通过应力云图和应力结果可以看出，优化方案底座和支架管的最小安全因子相比原方案都有所增加，且优化方案重量相比原方案更轻，不仅提高了安全性能，而且也满足了轻量化需求，进而节约了成本。

3 总结

通过静力学仿真分析可知挡泥板支架断裂位置强度不满足静力学分析要求，通过仿真分析得出挡泥板支架最大应力集中位置与实际断裂位置相吻合，从而验证了静力学仿真的有效性和准确性。此外，通过对结构和材料的优化，挡泥板支架强度有了很大的提高，能够满足强度要求。