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车辆后桥应力分析及改进 蔡志武 缪 勇 （江铃汽车股份公司技术中心南昌 330001） 朱茂桃 （江苏大学汽车与交通工程学院镇江 212013 ） 摘要：采用三维设计软件UG 建立了某型车后桥壳的数值模型，通过数据接口转入有限元分析软件ANSYS， 经修复及网格化后形成有限元计算模型并进行了计算，得到了桥壳的整体应力分布，指出了桥壳存在的 不足及影响因素。研究结果表明：平衡杆支座板的布置对桥壳的强度有重要影响。通过对平衡杆支座板 的几种改进方案的分析比较，为支座板改进设计提供了重要的理论依据。 关键词：后桥 有限元 应力 强度 0 前言 汽车后桥作为整车的一个关键部件，其质量对整车的安全性能有重要的影响，因而对其进行有效 的优化设计是非常必要的。本文研究的后桥在海南路试时发现存在局部强度不足的情况，该桥为引进 的某型车国产化后的后桥，通过用有限元分析方法对其进行计算分析与比较，为优化该产品的设计提 供依据。 1 后桥壳的有限元模型的建立 根据该车后桥结构特点，有限元分析的重点集中于桥壳分析，即将车桥主要受力简化成桥壳受 力，该简化计算模型基本反映出车桥的应力集中以及局部应力分布及水平，能满足实际设计分析的 要求。该车桥主要由后桥壳、加强板、平衡杆支架、板簧支座等组成，为钢板焊接式，一般其强度 问题点发生的部位如图1所示。在最主要的垂直载荷工作条件下，桥内侧承受等弯矩，平直管区的 名义应力响应最高，其中C、D、F 点有弹簧座或过度圆弧产生应力集中效应而成为高应力区域。实 际车辆上，平直管区还可能有减振器、平衡杆安装支架等，向桥壳加新的作用力或因支座对桥壳产 生约束而产生应力集中，G、H 点是平衡杆座板焊接位的应力集中问题， E 点处在中间相对平缓的 过度部位，应力也较高，A、B 点的高应力对应最大侧向载荷工作情况发生。 采用SOLID45 单元建模，对局部焊接部位进行细化处理，即直接对焊料建模，反映局部细节的 模型，如图2、3 所示，模型共划分36742 个单元， 40152 个节点。 图1 焊接桥壳常见的高应力部位图 1 图2 焊接部位处理 图3 后桥CAE 模型（负荷及约束） 2 载荷与约束 2.1 后桥壳所受载荷的处理 后桥所受载荷有后悬挂及后轮对后桥的作用力，本分析考虑了两种工作载荷：一种为桥负荷， 取最大负荷为2.5 吨 （动载系数2.5），分别作用在板簧支座与桥壳联接位，如图3 所示；另一种载 荷为平衡杆在车身发生倾斜等情况时产生的抗力。 平衡杆的抗力有两种计算方法，一种是按理论力学平衡原理求出平衡杆抗力，另一种是通过有 限元分析，即考虑平衡杆实际变形，求出平衡杆抗力，平衡杆的模型如图4 所示。其中倾斜角度决 定了抗力的大小，所以ϕ取2o到10o范围，得到对应的抗力的大小。如表1 所示。 表1. 不同角度下平衡杆的抗力 角度(o) 抗力(N) 角度(o) 抗力(N) 角度(o) 抗力(N) 2 3013.5 5 7550 8 12128 2.5 3768 5.5 8309 8.5 12897 3 4522.5 6 9070 9 13668 3.5 5278 6.5 9832 9.5 14441 4 6034 7 10