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某轿车后桥有限元分析 及改型设计分析 王成龙 吴铭 上海汇众汽车制造有限公司 某轿车后桥有限元分析及改型设计分析 （上海汇众汽车制造有限公司 上海 200122） 王成龙 吴铭 [摘要] 本文利用MSC.NASTRAN及MSC.FATIGUE软件，对上海某轿车后桥进行应力及疲劳分析，同时，就该后桥改型设计进行应力分析。 [关键词] 应力分析 疲劳分析 前言 作为轿车底盘系统主要供应商，如何在吸收现有国外底盘制造技 术的基础上，适应新的全球采购浪潮，最大限度地满足整车厂要求，是我公司目前非常紧迫的任务。在国际汽车界，对于底盘设计来讲，除非有特别重大的技术突破，比较流行产品设计的稳定性，也就是讲，尽管车身不断推陈出新，但底盘保持相对稳定，基本模式不大变化，大多仅是局部细节的变化。因此，如何利用现有底盘技术来发展新的系统，对于我们来讲，可能更具有实践意义。 目前，我公司拥有SANTANA、BUICK等轿车底盘制造技术及一些技术资料，因此，消化吸收其设计思想是自主设计的基础，是改进设计的必由之路。我公司应用有限元软件MSC/NASTRANMSC/FATIGUE，对SANTANA、BUICK等轿车底盘进行了有限元分析，在分析中遇到诸如橡胶衬套及焊接处理上的困难，经过一段时间的努力，基本上找到了相对较好的办法，积累了一定的经验。本文就某轿车后桥进行了应力分析及疲劳分析，对于分析中遇到的焊接及衬套进行了部分简化处理，在一定程度上达到了目的。为了开发新一代小客车底盘系统，提高开发进度，后桥拟采用该轿车后桥基本模型，由于整车质量的变化，需要对该后桥进行分析，并作一定的改进以满足新变化。 特点及力学模型建立 该轿车后桥整个部件由几大冲压件焊接而成，通过橡胶衬套 与车身相连，具有半独立悬架的特点。从后桥与车身的相对运动来看，二者有一个相对转动，且通过橡胶衬套进行的。 施加外载荷分为三种情况：1. 制动力最大载荷，2.侧向力最大载荷，3.垂直力最大载荷。 边界条件为：仅允许一个扭转自由度。 有限元模型的建立 后桥模型直接由UGII几何造型，然后直接读入。 单元划分 考虑到后桥各零件的复杂性，本模型直接采用SOLID模型，同时采用四面体单元划分网格。单元长度为6mm，节点数34859，单元数48133。划分网格后，各模型彼此独立，模拟焊接处理采用MPC处理，共有MPC 数126。 材料性质 材料弹性模量2.01e5N/mm2 ,泊松比0.28。 约束条件 为了模拟边界条件，即仅允许一个转动自由度。 载荷施加 对于应力分析，分三种工况制动力最大、侧向力最大、垂直力最大分别施加载荷。 该轿车(原型)后桥有限元模型如图1所示。 图1 后桥模型有限元模型 应力计算结果及分析 制动力最大工况 该工况下，最大应力发生在纵臂与轮毂相连处，数值为264MP。 侧向力最大工况 在此工况下，最大应力发生在纵臂与横臂的加强筋处，数值为223?MP。 垂直力最大工况 该工况下，最大应力发生在纵臂与轮毂相连处，数值为285MP。 4.4为了作改进设计，在增加整车质量的情况下，同样作上述三 种工况的计算。原模型及改进模型共四种，计算结果如表一。 表一： 车型 工况 原型车 改型一 改型二 改型三 制动力最大应力及节点 节点24291， 应力410MP 节点24291， 应力396MP 节点24291， 应力550MP 节点25450， 应力340MP 侧向力最大应力及节点 节点32017， 应力335MP 节点26111， 应力348MP 节点25450， 应力389MP 节点18156， 应力301MP 垂直力最大应力及节点 节点24291， 应力558MP 节点26111， 应力454MP 节点25502， 应力569MP 节点26270， 应力353MP 在上述四种模型比较计算中，改型三的结果还是比较令人满意的，其模型主要在纵臂两端予以加强，同时考虑了三种工况的影响，所计算出的应力水平都比较低，基本上满足要求，由于是改型设计，在不作大的改动情况下能基本达到要求，方案是可行的。三种工况下应力云图如图2~4所示。 图2 改型三制动力最大应力云图 图3 改型三侧向力最大应力云图 图4 改型三垂直力最大应力云图 疲劳分析 对该轿车(原型)后桥作两种工况下的疲劳分析。对于制动力最大、垂直力最大两种工况分别施加16Hz正弦载荷，进行疲劳分析。疲劳寿命云图如图5、6所示。由于本模型采用MPC模拟焊接，而MPC会带来刚度的增加，可能会带来局部的应力集中，因此，确定