基于静力学分析的快速锁定产品风险点的可行性研究

党龙，周宗昊，申良奇，周刚，赵永利，李慧

（陕西万方汽车零部件有限公司，陕西 西安 710200）

引言

新产品设计过程中，往往需要进行对单个构件多版本的优化建模工作，目前公司规范的建模方案为驾驶室悬置整体动态分析建模方案，但由于此方案建模和计算速度较慢，导致研发效率低。

有限元分析越来越多地被应用到产品的研发设计中，作用于Y向的0.8 G转弯工况是驾驶室悬置CAE分析的重要工况[1-2]。新产品设计过程中，往往需要进行对单个子件多版本的优化设计工作，但由于驾驶室悬置整体动态分析建模时间短且计算速度较慢，从而导致研发效率降低。

本文以某重卡驾驶室悬置为研究对象，将各子件拆分后进行力矩分析，拆分后的子件便可以在 OptiStruct静态分析中进行计算。当面对多版本的优化建模，可在静态分析中提前规避部分模型缺陷，从而提升研发效率。此重卡驾驶室悬置系统主要结构包括前悬上托架、翻转摇臂、翻转轴、下支座、后悬锁止系统、弹性元件等，结构如下图1所示。

图1 某重卡驾驶室悬置系统结构图

1 转弯工况受力分析

1.1 寻找驾驶室质心在单侧悬置受力点

下图2为驾驶室质心在驾驶室前后悬上安装点的位置关系图。各点对应关系为：A——右前悬安装点；B——左前悬安装点；C——右后悬安装点；D——左后悬安装点；E——驾驶室质心。

图2 驾驶室质心与驾驶在前后悬上安装点的位置关系图

上图中F点，为驾驶室质心作用于右侧悬置的受力点，为了确定F点需要计算h和d的尺寸，经计算（过程略）得到h=412.1 mm，d=510.9 mm。

1.2 转弯受力分析

受转向力影响，驾驶室悬置左右两端受力不同。为方便分析，设整车向前进方向右侧转向，转向力作用于整车前进方向左侧，分析受力时只分析驾驶室左侧悬置受力。

驾驶室受到Y方向0.8 g的转弯加速度，换算成施加在驾驶室质心上的作用力为0.8 mg=7 840 N。

为计算转弯工况单侧受力，做模型简化，如下图3所示。

图3 转弯工况左右受力拆分（y，z平面）

由单侧计算分担到前、后悬单侧所受转向力，做模型简化，如下图4所示。

图4 作用在右侧转向力分担到前、后悬置作用力

上图中参数，经计算，结果如下表1所示。

表1 转弯工况各参数计算结果

再通过各件连接关系分别计算所受力矩大小。由于转向力向驾驶室右侧，故受力仅以驾驶室右侧悬置为例，结合重力，右侧各关注件有限元模型如下图5所示。

图5 转弯工况各关注件有限元模型

2 分析结果统计

以驾驶室悬置整体转弯工况动态分析结果为参考，对比子件静态拆分结果如下图6所示。

图6 两种分析各件应力集中对比

上图可以看出，拆分静态分析各子件风险点和动态分析各子件风险点位置基本吻合。统计动态整体分析关注件应力集中位置数量和其所对应的静态拆分分析关注件应力集中处数量，如下表2所示。

由表2可以看出，静态拆分分析各关注件应力集中处数量所占动态整体分析关注件应力集中处数量比例均较高，拆分静态分析可以满足设计前期寻找风险点的作用。

表2 各关注件静态拆分分析和整体动态分析应力集中点统计

3 总结

新产品设计过程中，由于单个子件优化版本较多。为了提升产品研发效率，本文以某重卡为研究对象，以转弯工况建模为出发点，对结构进行静态拆分分析，通过观察和动态分析对比应力集中位置可知静态子件拆分分析可以起到新产品研发前期寻找模型风险点的作用，此方案可以提升产品研发效率。