《p075_基于有限元技术的轿车副车架仿真设计》.pdf

2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 基于有限元技术的轿车副车架仿真设计 王成龙 吴铭 张杰 上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心 - 1 - 2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 基于有限元技术的轿车副车架仿真设计 Car Cradle Simulation Design Based On Finite Element Analysis 王成龙 吴铭 张杰 (上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心) 摘 要: 本文对轿车底盘的典型零部件-副车架，应用MSC 有限元分析软件，进行了模态分 析、静强度分析及疲劳分析，得到了副车架的固有频率及振型、应力分布及疲劳计算结果。 通过分析和试验，能对副车架的结构优化提供基础，进而提高仿真计算在副车架设计过程中 的重要指导作用。 关键词: 副车架 模态分析 疲劳分析 固有频率 振型 应力分布MSC 有限元分析软件 Abstract We apply MSC.Software’s powerful FEA tools to analyze the car cradle’s Normal modes, strength and MSC.Fatigue life. Through coMParison between virtual validation and physical test, we have improved the analysis precision and have built the experienced models. So during the design of the cradle, we can make use of FEA to simulate complex loadcases to shorten the cycle of design . Key words: cradle, modal analysis, MSC.Fatigue analysis, eigenvalues, eigenvetors, stress fringe, MSC.Softwares 1 概述 轿车副车架作为底盘系统重要的承载元件，在底盘系统设计时，经常把它与悬架系统、 转向系统、制动系统分为四大系统。与其它底盘子系统不同，副车架主要考核静态刚度、模 态特征值与特征向量、与发动机转向系统及其它部件的连接点的振动性能、疲劳包括本体及 连接支架。考虑到副车架设计的特殊性，有限元分析软件在模态分析及强度分析的可靠性， 在副车架设计过程中，首选通过计算机仿真技术，建立虚拟数字样机，完成设计的主要工作， 最后以物理样件予以验证。为了保证计算机仿真技术的正确运用，要解决的问题是要确保分 析的计算精度，这就要求必须进行经验模型数据库的积累，仿真与试验的反复协调是唯一有 效可行的手段。本文探讨了某轿车副车架仿真过程中模态分析与模态试验，强度分析与应变 测试，疲劳分析与动态应变测试等一系列问题，是多年积累的分析与试验而形成的结果。 - 2 - 2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 2 有限元模型的建立 副车架本体一般由多个冲压件焊接而成，发动机、转向器等支架也存在焊接情况，副 车架与车身、控制臂连接也多采用橡胶衬套，所以焊接及衬套的处理是首先要考虑的问题。 2.1 网格划分 采用RBE2 单元处理焊接（模态分析与静力分析），四边形单元进行网格划分。有限元模 型如图1。 图1 副车架有限元模型 2.2 材料与属性 在模态分析及强度分析时采用的一般低碳钢的材料参数：弹性模量为207GPa，密度为 7.9e+3kg/m3 ，泊松比为0.28；在疲劳分析时采用的材料为SAE1008_91_HR。 2.3 副车架分析工况 根据车辆实际行车条件与设计要求，副车架承受几十种复杂工况，现在选取三种典