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ABAQUS/standard在汽车拖车机构分析中的应用

李晓晨马晓磊

（长城汽车股份有限公司技术研究院CAE部071000）

摘要：为满足出口市场需求，需要在车辆后部增加拖车装置。本文利用非线性分析软件ABAQUS对某SUV车辆的拖车机构进行

了分析，以验证设计的可行性，并根据分析结果对结构进行了优化。

关键词：ABAQUS/standard优化

TheApplicationofABAQUS/standardForthe

AnalysisofVehicleTowingDevice

LiXiaochenMaXiaolei

(CAEDept.,RDcenter,GreatWallMotors,071000)

Abstract:Inordertomeettherequestsoftheoverseasmarketing,shouldaddthetowingdeviceontherearofthevehicle.Thisreport

focusonthetowingdeviceanalysisofaSUVbyABAQUS/standard,thengivesomesuggestionsacrosstotheanalysisresults.

Keywords:ABAQUS/standardOptistruct

1．有限元分析模型

模型采用C3D8和C3D6单元，单元尺寸2mm，材料选用公司5号材料，板厚6mm。

拖车板与横梁，螺栓与拖车板之间建立接触关系，螺栓与螺母采用绑定接触处理，考虑螺栓预紧力和材料非

线性作用。建立模型如下图：

2．分析所用数据

设计拖拽能力m=2300kg，螺栓拧紧力矩M=90N*m，螺栓直径d=12mm。

螺栓预紧力计算：M=P*K*d*0.001

式中：M为拧紧力矩，P螺栓预紧力，K为拧紧扭矩系数0.284，d为螺栓直径

由以上公式可以计算得到螺栓的预紧力P为26400N；

对拖车装置：拖车拉动力选取在坡度为12%(6.84)的坡道上加速启动时拉动拖车时所需要的力。

拖车拖动力计算：

F?F?F?F

123

F?f?G?F?G??F?G?aG?mg

1cos2sin3

式中：F为拖动力，

F为坡道滚动阻力，

1

F为重力在坡度方向的分力，

2

F为加速惯性力，G为拖车重

3

力，m为拖车质量，f为滚动阻力系数0.018，?为坡度角6.84，g为重力加速度，a为启动时车辆加速度

0.2g。

由以上公式可以计算得到拖动力F为7700N；

材料曲线：选用公司5号材料，如下图

分析设置2个step，第一个step用于计算螺栓预紧力对拖车横梁的作用；第二个step用于计算拖动力对拖

车装置的作用。约束拖车纵梁，在螺栓和拖车孔施加预紧力和拖动力，载荷作用结束后，拖车装置不允许出现塑

性变形。

3.分析结果

3.1拖车装置应力云图：

整体云图板1板2螺栓

预紧

力作

用下

应力

云图

拖动

力作

用下

应力

云图

上述两种情况最大应力为437MPa，出现在螺栓法兰面根部，其余结构件应力较小，均远低于各自材料的屈

服点，我们认为，此设计完全可以满足拖车要求。

3.2拖车装置优化分析：

从以上分析结果可以看出，结合设计所选取的材料，可以进行进一步的优化分析，以便在满足拖车要求的前

提下，使得结构的重量能够降低。

优化分析采用optistruct求解器，设定最大应力不超过350MPa为约束，结构形状为变量，质量为目标，在同

等分析条件下获得的优化结构如下图：

优化后：2.34Kg优化前：5.0Kg

优化后结构最大应力为346MPa，重量降低53%，满足设定要求。

4.结论

利用ABAQUS强大的接触非线性分析和Optistruct优化功能，对拖车装置在设计初期进行有限元分析和优化，

验证设计的可行性，同时在满足拖车要求的前提下，对结构进行优化、减重，为性能设计提供数据支持。

参考文献

[1]石亦平，周玉蓉著.ABAQUS有限元分析实例详解北京：机械工业出版社，2006

[2]曹金凤，石亦平著.ABAQUS有限元分析常见问题解答北京：机械工业出版社，2009

[3]HyperWorksOptiStructTutorials.AltairInc.2006