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汽車多連桿后懸架托臂是懸架系統(tǒng)的導向元件，在懸架系統(tǒng)中有扭桿作用，起到一定減振作用；同時也作為后彈簧的下彈簧座，連接車身起到支架作用。其結構強度的好壞直接影響到懸架系統(tǒng)的穩(wěn)定性和行駛的安全性。
有限元法是一種離散化的數(shù)學方法，主要依據(jù)變分原理來求解數(shù)學物理問題，將連續(xù)彈性體劃分成有限多個單元，單元間依據(jù)節(jié)點相互連接。在滿足一定的精度要求下，運用有限個參數(shù)來描述單元的力學特性，這些單元力學特性的總合可理解為整個連續(xù)體的力學特性，從而建立連續(xù)體力的平衡關系。
運用ABAQUS非線性算法模擬托臂的結構強度問題屬于金屬材料的彈塑性分析范疇。應用經典彈塑性理論來分析彈塑性材料，材料的各向同性屈服應用協(xié)屈服面來定義。金屬材料彈塑性變形可簡述如下：小應變時，材料屬性可認為是線彈性，彈性模量E為常數(shù)，當應力值超出材料屈服極限后，剛度就會顯著下降。這樣材料的應變可分為塑性和彈性兩部分，卸載后，彈性應變消失，塑性應變不可恢復；若再次加載，材料屈服極限得到提高，即硬化階段。材料的彈塑性行為，如圖所示。材料的單向拉伸/壓縮實驗得到的數(shù)據(jù)可表示為名義應變和名義應力。
以某轎車多連桿后懸架托臂為例，詳細闡述托臂結構有限元模型的建立。該托臂一端通過襯套安裝在車身上，一端固定在后懸架支架上，根據(jù)從中得到的三維數(shù)模，如圖所示：劃分有限元網格，建立有限元模型，如圖所示。托臂建模注意事項如下：(1)托臂為扳金件，采用尺寸的PSHELL殼單元劃分網格，其中，托臂的制動器支架和彎管的特征變化區(qū)域網格需要細劃，單元尺寸可控制在2-3左右。單元網格疏密過度區(qū)域，銜接要盡量自然，單元尺寸變化不可太大，對于彎管小臂和彎管中部焊接區(qū)域，網格節(jié)點要盡量對齊。(2)彎形臂和制動器支架的二氧化碳保護焊采用剛性單元rigid模擬，彎臂小頭和彎臂中管的燒焊連接采用兩倍厚度的殼單元連續(xù)處理，所用材料屬性和母材相同。車輛行駛時車輪所受的載荷狀況異常復雜，且是隨機載荷，隨車輛載重、駕駛員的操縱、發(fā)動機輸出轉矩、路面不平度、地面附著系數(shù)及行駛速度等不同而變化，故確定若干典型工況，進行強度校核尤為重要。
該車基本參數(shù)，滿載質量2035kg、前軸荷10582kg、后軸荷質量976.8kg、質心高度672mm，軸距2630mm、前輪距1170mm、后輪距1570mm、輪胎半徑330mm。托臂材料參數(shù)為:左后拖曳臂上體、左后拖曳臂上體加強板材料均為SPHE，厚度均為3.5mm；左彎形臂左/右片材料均為SPHC厚度均為3.5mm；套管材料為10#無縫鋼，料厚76*4.5mm；左后托臂下體、左后托臂下體加強板材料均為SPHE厚度均為3.0mm，左后減震器安裝支架本體材料為SAPH370，料厚3mm；左制動器安裝內/外板材料為SAPH440，料厚分別為1.5mm和3mm。其中，材料的強度極限分別為270MPa，170Mpa，370MPa，440MPa。在托臂強度分析中不考慮輪胎的作用，需將接地點的力等效轉換到轉向節(jié)與輪輛的裝配點處。約束條件為：套筒襯套用全約束的RBE2單元連接，并約束X，Y和Z三個方向平動自由度；制動器安裝板安裝點的剛性單元RBE2放開三個方向的轉動自由度，并約束X，Y和Z三個方向平動自由度。載荷施加點在轉向節(jié)與輪惘裝配點處。上述工況算得輪輛裝配點在4個工況下等效載荷如表所示：在工況工下，車輪所受載荷為X方面的牽引力和Z方向的自重，可算得作用在后輪上的載荷為：Fx=4390N，F(xiàn)Y=0，F(xiàn)Z=4390N。托臂彈簧座應力分布云圖，如圖所示，最大應力為963MPa，是模擬過程的剛性連接造成(虛假應力)，該區(qū)域也不是斷裂區(qū)域，予以忽略不計；制動器支架的應力分布云圖，如圖所示，最大應力為400MPa，出現(xiàn)在焊接位置處；彎管的應力分布云圖，如圖所示。以上三圖顯示，在后輪驅動時，較高的應力出現(xiàn)在制動器支架和彎管處。制動器支架處應力值小于材料屈服極限，但數(shù)值較高。彎管處應力值小于強度極限，滿足靜強度要求。
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