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懸架是車架與車橋或承載式車身與車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其性能直接影響整車的安全性、可靠性。后懸架系統(tǒng)是否滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要，對(duì)整車的性能起到關(guān)鍵作用。有限元分析技術(shù)為快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)目標(biāo)提供了可能。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段引入有限元模擬技術(shù)，而不再是僅憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)或修改結(jié)構(gòu)，減少了昂貴的樣件生產(chǎn)和測(cè)試的次數(shù)，大大縮短設(shè)計(jì)周期和節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)成本。某工程車斷開式后懸架系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，借助于有限元技術(shù)通過對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果的分析比較，選出滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化并舉的最佳懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而既經(jīng)濟(jì)又快速地實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際目標(biāo)。
最為流行的CAE分析軟件之一，HyperWorks因其擁有其它分析軟件所無法比擬的前、后處理功能，越來越廣泛的被運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域。首先在有限元軟件Hypermesh的前處理平臺(tái)上，建立后懸架系統(tǒng)完整的三維實(shí)體模型。后懸架系統(tǒng)包括車架，平衡軸，平衡軸支架，鑄造橫梁，橫梁加強(qiáng)板及下連接板，由于后懸架系統(tǒng)空間布局的復(fù)雜性，建模時(shí)要注意局部坐標(biāo)和整體坐標(biāo)的調(diào)整，這樣能夠大大減小確定各部件總成相對(duì)位置和坐標(biāo)的工作量。兩個(gè)后懸架系統(tǒng)的區(qū)別見圖，為了減少平衡軸支架對(duì)安裝孔的干涉，后懸架系統(tǒng)的平衡軸支架增加了寬度。
在將兩個(gè)實(shí)際后懸架系統(tǒng)的三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為有限元計(jì)算模型時(shí)，對(duì)車架進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化處理，以降低有限元計(jì)算模型中的單元數(shù)。車架的骨架比較大，在總的外形尺寸保持不變的情況下，縮短車架長(zhǎng)度，并對(duì)兩端進(jìn)行約束。車架，橫梁加強(qiáng)板及下連接板，在計(jì)算模型中利用四邊形的殼單元模擬，大小控制在6mm。其他比較厚重的結(jié)構(gòu)承載件則全部采用四面體的實(shí)體單元，大小控制在5mm。后懸架系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)件的材料選用見表。在靜載條件下計(jì)算后懸架系統(tǒng)的變形及其應(yīng)力分布時(shí)，是相對(duì)于車輛的靜平衡位置，為了突出后懸架系統(tǒng)本身的變形狀況，在計(jì)算模型中，將簡(jiǎn)化車架端面的所有自由度加以約束，以限制后懸架系統(tǒng)的剛體位移。后懸架系統(tǒng)承受的載荷，可以分為車輛動(dòng)力裝置作用在平衡軸支架下端連接孔的作用力與車輪對(duì)平衡軸的重力載荷。車輛動(dòng)力裝置對(duì)懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的載荷平均分布在平衡軸支架下端的連接孔上。車輪重力靜載荷均勻分布在其平衡軸的四段承載面上。
在設(shè)定的后懸架系統(tǒng)有限元計(jì)算模型的邊界條件下，計(jì)算靜力載荷作用時(shí)后懸架系統(tǒng)的應(yīng)力和位移分布狀態(tài)，具體見圖，位移均發(fā)生在平衡軸外端面，位移小于0.5mm。后懸架系統(tǒng)的最大應(yīng)力為267MPa，最大應(yīng)力點(diǎn)位于平衡軸與平衡軸支架的上接觸面，如圖所示；后懸架系統(tǒng)的最大應(yīng)力為271.6MPa，最大應(yīng)力點(diǎn)位于平衡軸與平衡軸支架的下接觸面處，如圖所示。同時(shí)關(guān)注鑄造橫梁，平衡軸支架及平衡軸的應(yīng)力分布情況，計(jì)算結(jié)果見表。從后懸架系統(tǒng)及各個(gè)結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分布狀況可以看出，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值顯著小于材料的屈服強(qiáng)度，且安全系數(shù)均大于1，說明兩個(gè)后懸架系統(tǒng)及相應(yīng)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且后懸架系統(tǒng)的安全系數(shù)相對(duì)較高。在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求下，輕量化的需求也是日益受到關(guān)注，而后懸架系統(tǒng)的質(zhì)量較后者輕。通過對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果的分析比較，后懸架系統(tǒng)成為滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化要求下的較優(yōu)結(jié)構(gòu)。
(1)兩種后懸架系統(tǒng)及各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度完全滿足設(shè)計(jì)要求，且后懸架系統(tǒng)的安全系數(shù)相對(duì)較高。(2)比較兩種后懸架系統(tǒng)的質(zhì)量，后懸架系統(tǒng)的質(zhì)量較后者輕6kg。(3)通過對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果的分析比較，后懸架系統(tǒng)為滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化要求下的較優(yōu)結(jié)構(gòu)。
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