基于ADAMS刚柔耦合模型的某型车架横梁开裂故障分析.pdf

基于ADAMS 刚柔耦合模型的某型车架横梁开裂故障分析 刘海明1 三一重工股份有限公司，湖南 长沙，410100 摘 要：本文基于多体动力学软件ADAMS/VIEW ，针对试验过程中出现的故障现象，建立某型车架的刚柔耦合计算 模型，模拟海南试验场路况，分析车架的动态应力分布，得出故障形成的原因。 关键词：ADAMS，刚柔耦合，车架，动力学仿真 汽车车架作为汽车总成的一部分，绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的，如发动机、 传动系统、悬架、转向系统、驾驶室、货箱和有关操纵机构。车架的功用是支承连接汽车的各零部 件，承受着来自道路及各种复杂载荷的作用，并且汽车上许多重要总成件都是以车架为载体，其性 能直接影响整车的性能。车架的强度和刚度在汽车总体设计中显得十分重要。车架的刚度、强度及 动力性能对整车的乘坐舒适性、行驶平顺性、安全性及寿命等都有很大的影响。随着对汽车性能的 要求的提高，车架设计的优劣将直接影响汽车的行驶和安全性能。 本文针对某专用底盘车架发生的故障问题，以该车架为研究对象，首先对将车架进行柔性化处理， 基于ADAMS平台，建立整车车架的刚柔耦合计算模型，进一步分析车架的结构强度及动态应力分布 特征，找出车架横梁开裂的原因，提出合理的改进方案。 1 某工程车辆专用底盘车架故障现象 本文中的工程车辆专用底盘车架如图1 所示，车架采用边梁式，由两根纵梁和五根横梁组成。 该工程车辆专用底盘在相关上装安装完成后，前往海南试验场进行国家规定的各种测试。试验车在 完成两万公里左右的路面测试时，检查车况的过程中，发现车架横梁开裂裂纹，开裂部位位于前桥 和中后桥之间的第三横梁上 （该横梁通过焊接方式与纵梁联接），具体见图2 所示。试验车在行驶 波纹路、扭曲路等恶劣路面时对此处影响较大。 作者简介：刘海明，主要从事工程车辆动力学建模、分析与优化设计工作。电话 图 1 车架CAD 模型 图 2 车架横梁开裂裂纹 2 ADAMS 车架刚柔耦合模型建立 为了分析车架横梁开裂的故障，分析该工程车辆专用底盘车架在试验路面测试过程中动态应力 分布区域，需要对车架进行柔性化处理。车架采用20X20 mm 网格建模，在垂直动载工况下的车架 应力分布如图3 所示。车架的MNF 文件通过MSC.Pantran 软件进行处理，柔性文件的第七阶至第十 二阶模态振型如图4 所示。 图3 车架有限元应力分布云图（垂直动载工况） 图 4 车架不同模态振型图 在ADAMS/View 模块中，建立该专用底盘的多体动力学模型，包括驾驶室模块、车架、前桥、 前钢板弹簧、驱动桥、后平衡悬架、传动系、轮胎及路面模块，并将车架替换为处理好的柔性体文 件，具体的专用底盘ADAMS 模型如图5 所示。 图 5 ADAMS 车架刚柔耦合专用底盘模型 3 ADAMS 车架刚柔耦合模型计算与分析 仿真工况设置：模型中车速设置为以 30Km/h 通过波纹路面，以此来等效模拟海南试验场的恶 劣路面。ADAMS 模型中，波纹路面的波峰最高为 74mm，仿真时间为15 秒。模型中的路面设置如 图6 所示，仿真车速曲线如图7 所示。 图 6 ADAMS 模型中波纹路面 图 7 ADAMS 模型车速曲线 ADAMS 刚柔耦合模型计算完成后，该专用底盘车架应力最大点主要分布在车架的三个区域， 分别为车架第一横梁与车架左上翼面交接处、车架第二横梁与车架右上翼面交接处及车架第三横梁 与车架右下翼面交接处，车架动态应力分布区域如图8 所示。 图 8 车架动态应力分布云图 按照计算分析结果，车架第三横梁与车架右下翼面交接处存在应力集中区域（60%应力最大热点 集中在此区域），应力最大值327 Mpa。表1 中为车架热点的应力最大值及该热点的车架位置等信息。 表 1 车架热点应力值及分布区域 选取第三横梁与车架右下翼面交接处的Node 16588 ，分析