基于adams和nastran的汽车摆臂仿真分析与故障诊断_沙大亮.pdf

基于基于 ADAMS 和和 Nastran 的汽车摆臂仿真分析与故障诊断的汽车摆臂仿真分析与故障诊断 作者： 沙大亮 廖世辉 李芹英 单位：重庆长安汽车工程研究院 CAE 工程所 摘要：在汽车的现实道路试验过程中，车身及底盘部件的工作状态较为复杂，零部件经历的工况种类非常多， 各中工况对不同零部件的作用都不相同 对于零部件的破坏失效形式很难准确的人为认定， 本文介绍一种利用虚拟样机技术与有限元分析技术联合使用， 进行零部件故障诊断，确定引起部件破坏的具体工况，以进行优化处理 关键字：ADAMS Nastran 故障诊断 优化 虚拟样机技术是从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发解决传统设计方法弊端的新技术， 能使设计人员在各种虚拟环境中真实地模拟产品整体工作状态、 进行物理样机难以进行或根本无法进行的试验； 采用虚拟技术对试验进行虚拟复现、 故障诊断将是一个非常有价值的技术途径 在汽车 CAE 领域，利用整车或子系统的虚拟样机模型进行工况仿真，使问题再现，来 图 1 Adams 和 Nastran 仿真分析与故障诊断流程图 解决车身及底盘零部件的疲劳、 强度问题已经成为一种通用的方法。

尤其对于工作状态较为复杂道路试验过程中， 零部件经历的工况种类非常多， 各个工况对零部件的作用都不尽相同导致零部件的破坏失效很难准确的人为认定， 这就需要利用虚拟样机技术与有限元分析技术联合使用，寻找导致零部件开裂问题的作用工况，以及对破坏的影响强度 图 2 某试验车车摆臂开裂状态 本文中某试验车在经历各种坏路工况后，发现摆臂的加强板位置的焊缝开裂（如图 2所示） 由于试验车在路面中经历的工况种类较多，需要将这些工况抽象出来，通过 Adams建立系统的动力学模型， 进行各个工况的动力学仿真， 输出摆臂在各个工况下的接附点载荷通过对比各个工况对开裂位置的影响程度， 确定导致开裂问题某个或某些工况， 然后针对性的提出解决方案，再经有限元分析验证后实施 在车辆在坏路路面行驶时， 车身及底盘零部件载荷主要来路面的冲击及车辆本身的状态变化主要经历的状态有车辆前后的纵向冲击（如启动、制动工况） 、横向冲击（如转向工况）以及垂向冲击（上下的颠簸工况）等将上述工况通过 Adams 建立的整车或子系统（本文使用的是子系统， 如图 3） 样机模型进行工况仿真， 提取相应工况下摆臂的三个接附点 （前、后衬套，球绞）的载荷。

图 3 悬架子系统虚拟样机模型 图 4 摆臂结构 表 1 摆臂三个连接点的受力表（单位 N，Nmm） 工况 Fx Fy Fz Mx My Mz 球铰 上下颠簸 -719 -4070 -288 0 0 0 横向冲击 -324 3190 387 0 0 0 前进制动 6180 -698 123 0 0 0 后衬套 上下颠簸 522 641 189 32900 21800 7470 横向转弯 -251 648 94 10800 7080 1600 前进制动 -2780 -8650 -938 11200 7310 -1880 前衬套 上下颠簸 198 3420 135 19000 904 6590 横向转弯 575 -3840 -444 6560 -4150 11000 前进制动 -3400 9340 852 8110 3730 -60800 将各个工况的载荷加载到有限元模型中， 设置惯性释放进行求解 对比各个工况下开裂位置的应力数值，即可分析出引起焊缝开裂的主要工况（如图 4） 图 5 前进制动工况应力结果 图 6 横向冲击工况应力结果 图 7 上下颠簸工况应力结果 从有限元分析结果可以明显看出， 影响焊缝开裂的主要工况为前进制动工况。

横向冲击和上下颠簸工况在焊缝位置的应力数值较小， 基本上可以予以忽略 这样就抓住导致焊缝开裂的主要原因，达到了故障诊断的目的 针对前进制动的分析结果， 我们对加强板进行加强处理， 增加一块临时加强板 （如图 6） 焊缝开裂位置的应力数值从 357.6Mpa 减小到 151.4Mpa，大大降低此位置焊缝的开裂风险，达到解决开裂问题的目的 在后期试验验证中证实了上述分析的正确性， 此处焊缝未再次出现开裂问题 图 8 优化方案 图 9 优化后前进制动工况应力结果 结论 本文介绍了一种利用虚拟样机技术与有限元技术联合进行零件故障诊断的方法 通过实例的分析，可以很好的排除对故障相关性较小的工况，抓住导致零件故障的主要工况 论文参考文献 1、沙大亮， 基于道路谱的多体虚拟迭代及疲劳载荷分解技术指导书，长安汽车研究院 CAE 工程所 2、陈军，MSC.ADAMS 技术与工程分析实例 作者简介：作者简介：沙大亮，男，出生于 1980 年 10 月，硕士，重庆大学机械设计及理论专业，长安汽车工程研究总院 CAE 工程所研究方向：道路谱疲劳载荷分析，车辆多体动力学仿真及载荷分析，联系 13638342625，邮箱：sdl29@ 。