基于CAE商用车车架弯曲刚度的提升.docx

    基于CAE商用车车架弯曲刚度的提升    陈海彬摘 要：文章利用有限元分析软件Msc.nastran对商用车车架弯曲刚度进行了反复的模拟计算，针对分析结果的不足提出进一步的设计优化方案;为车架优化的设计提供方向Key：商用车;弯曲刚度;模拟计算：U462.1  ：A  ：1671-7988（2020）16-99-03Abstract： The Article Simulated the bending stiffness of commercial vehicle frame repeatedly by MSC nastran. And then optimized structure to meet the target. So proposals will be adopted by product engineer.Keywords： Commercial vehicles; Bending stiffness; Simulation calculationCLC NO.： U462.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）16-99-031 前言随着全球经济化发展.环保.节能及被动安全性等问题的提出，在汽车新车型的开发过程中对车身的结构性能要求越来越高，而车架作为商用车的主要承载系统，其弯曲刚度是其开发过程中首要考虑的重要指标。

车架的弯曲刚度是其结构反映出的载荷与变形之间关系的特性车架的弯曲刚度不足，会引起整车满载状态下，车架变形过大;会使乘员感觉到不舒适，带来噪音和部件的疲劳损害这些问题会直接或间接的影响商用车的耐久性，NVH性能以及安全性能2 车架有限元分析2.1 商用车车架介绍车架是非承载式车身安装动力总成、底盘系统的主要承载结构;主要由纵梁和横梁组成用铆接法或者焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性结构纵梁通常用低合金钢板冲压而成，断面形状为槽型横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还可以支撑汽车上的主要部件，通常载货车有5～6根横梁，有时会更多;本次改进的车架有6根横梁2.2 有限元的建立及说明通使用有限元前处理软件（如hypermesh）对车架进行网格划分，网格以四边形单元为主网格基本尺寸为10mm，网格质量符合表1要求：2.3 车架约束和加载方法2.3.1 约束方法（1）约束车架前悬左、右弹簧座安装点Y、Z两个方向的平动自由度2）约束车架后悬左、右弹簧座安装点X、Y、Z三个方向平动自由度注：若悬架采用的是板簧结构，约束点为每侧钢板弹簧两个安装点中间位置对应的纵梁处;若减震弹簧安装在副车架结构上，计算模型需要带上副车架。

2.3.2 加载点前后约束点中间位置沿Z向形成的平面与副车架上表面交线的中点2.3.3 载荷左、右两个加载点沿整车-Z向各施加1000N的力2.3.4 测点两侧纵梁外边缘plot上Z向最大位移点处所对应的纵梁下表面中点2.3.5 评价方法（1）弯曲刚度值2）刚度变形曲线2.4 车架弯曲刚度计算结果及分析计算完成，左右大梁变形结果分别为0.634mm、0.635 mm3 车架结构优化设计3.1 优化方案根据对标车型的车架的值以及经验可以知道基础的弯曲刚度存在大变形风险，所以针对如何改进车架弯曲提出如下相应改进方案增加第四横梁的主要原因在于加载点位置在第三横梁与第五横梁中间区域，且第三横梁与第五横梁之间长度很大且无任何横梁搭接支撑在考虑性能的基础上同时兼顾轻量化需求，在第一横梁上增加减重孔基础版第三横梁的结构容易在剧烈冲击下形式钣金压溃，所以针对孔位置进行调整，将孔调整到钣金中心位置处考虑性能的基础上同时兼顾轻量化需求，在第五横梁上增加减重孔考虑性能的基础上同时兼顾轻量化需求，在第六横梁上增加减重孔考虑性能的基础上同时兼顾轻量化需求，在第七横梁上增加减重孔综上，所有方案实施，车架总质量下降13KG。

3.2 优化结果优化之后，弯曲刚度结果为3891N/mm，提升了746N/ mm;对标行业同样的车型车架，弯曲刚度能达到中上水平，满足性能要求4 结论商用车车架弯曲刚度优化是结构分析的重要內容之一它可以使商用车的各个位置承载能力趋于协调，同时提高优化目标值本文结合有限元软件的计算与分析，对车架进行一系列的结构改进通过不断地优化，不仅很好地解决了由于车架弯曲刚度不足引起的严重变形问题，提高了优化的目标且在满足弯曲刚度的同时减重13kg;并拥有提高弯曲刚度的优化方案，为车架的结构刚度优化提供了非常有价值的参考建议及方向Reference[1] 龙述尧.有限元法实用教程.[M]长沙：湖南大学出版社，2004.[2] 张义民.汽车零部件可靠性设计.[M]北京：北京理工大学出版社，2000.[3] 王秉刚.汽车可靠性工程方法.[M]北京：机械工业出版社，1991.  -全文完-。