铝合金后副车架结构设计与强度分析.docx

    铝合金后副车架结构设计与强度分析    顾华朋 杨平 许书生 马丽春摘要：本文针对某纯电动大七座SUV后副车架采用铝合金材质的设计需求，采用了结构设计、多体动力学分析以及结构强度分析，三者联合的设计手段首先利用结构设计软件正向设计铝合金后副车架结构，然后通过多体动力学分析软件提取车辆特殊工况载荷，最后经结构强度分析软件对铝合金后副车架进行强度校核，最终评估该铝合金后副车架结构设计满足强度要求本文展示新型铝合金后副车架结构的同时，也为该类零部件提供行之有效的设计指导关键词：铝合金;结构设计;后副车架：TP391.72                                  文獻标识码：A                                  ：1674-957X（2021）05-0042-020  引言铝合金相比钢由于具有质量轻、抗氧化、易回收的特点，被称为汽车轻量化的理想结构材料副车架是汽车底盘系统的关重零件，它与下车体相连，用于固定动力总成、摆臂、方向机等底盘零件，同时起到提高整车刚性，并衰减地面及动力总成的振动，提高整车舒适性的作用副车架在使用过程中承受着制动、冲击、转向等各个工况的载荷，受力情况复杂，副车架的可靠性直接影响整车的行驶安全[1]。

因此，在副车架设计过程中必须对其进行强度校核本文针对某车型后副车架的设计要求，采用铝合金型材和铸件组合的结构形式在工艺数据设计完成后，建立其结构强度分析模型，运用多体动力学分析提取悬架各硬点载荷信息[2]，经仿真验证，后副车架强度满足强度设计要求1  结构设计在铝合金副车架结构设计中，常用两种结构形式，一种是整体铸造类型，另一种是铝合金型材和铸件组合类型这两种结构各有其优缺点整体铸造结构由于可以对梁系截面进行深度设计，材料整体分布合理，重量更轻，加工工序少，尺寸精度高，但因其整体成型工艺复杂，制造成本较高铝合金型材和铸件组合类型副车架，制造成本相对较低，开发周期短，但单体零件之间多采用MIG焊进行连接，存在焊接变形大的缺点在尺寸精度得以有效控制的前提下，不失为一种经济性较好的副车架轻量化设计方案[3]本文所述后副车架综合考虑设计各项设计指标，采用铝合金型材和铸件组合结构根据设计硬点输入，结合底盘其他零件包络及间隙要求，副车架整体呈现“#”形，纵梁承载摆臂铰接点，同时与下车体后纵梁连接，相对位置精度要求较高，故采用铸件纵梁结构辅以截面深度优化设计;起连接作用的横梁，采用铝合金型材圆管经折弯工艺制成，纵梁和横梁经MIG焊装配成副车架总成。

经测量，副车架总成设计重量为13.9kg，轻量化效果较钢制副车架显著，其结构形式如图1所示2  强度分析2.1 工况载荷提取如图2所示，利用多体动力学分析软件建立后悬架动力学模型模拟前进制动、倒车制动、滥用过坑（垂直冲击）、转向四种工况，各工况加速度取值大小如表1所示经计算，以滥用过坑工况为例，后副车架各硬点处的作用力如表2所示2.2 分析模型建立在结构强度分析过程中，通过对几何模型的合理简化来建立优化的前处理模型，铸件由于截面多变，采用3D网格，型材截面固定，采用2D网格，采用刚性单元模拟焊接进行连接优化后的前处理模型如图3所示，共计包含241793个节点，86745个单元2.3 材料属性定义铝合金后副车架材料参数设置如下：弹性模量78GPa，泊松比0.3，屈服强度266MPa，密度2700kg/m33  分析结果后副车架最大应力分析结构如表3所示，其分析应力云图详见图4至图74  结论本文运用多体动力学仿真分析获得后副车架前进制动、倒车制动、滥用过坑、转向四种工况下各硬点的载荷，并将其导入到强度分析软件进行强度校核，仿真结果表明该铝合金后副车架结构强度满足设计要求本文仅对铝合金后副车架典型工况进行了强度仿真分析验证，展示新型铝合金后副车架结构的同时，为该类零部件提供行之有效的强度设计指导。

Reference：[1]宛银生.副车架及其对车辆性能的影响[J].中国城市经济，2010（8）：183.[2]王霄锋.汽车悬架和转向系统设计[M].北京：清华大学出版社，2015：1-13.[3]王祝堂，熊慧.汽车用铝材手册[M].长沙：中南大学出版社，2012：55-70.  -全文完-。