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基于Abaqus子模型技术的商用车底盘附件有限元分析

丁培林，郎宝永，张诚，刘宗晟，黄嘉靖，张杨

东风商用车有限公司技术中心，湖北武汉430056

摘要：强度分析有限元技术在汽车研发过程中应用已非常广泛，而对于整车级别的强

度分析，存在单元数量多，计算量大的问题。本文以油箱托架为例，基于Abaqus软件，首

先对某型商用车油箱系统（包含车架及底盘附件等）进行整体强度分析；然后利用子模型

技术；最后基于子模型技术对油箱托架进行优化分析。结果表明应用子模型分析方法，不

但提高了结构局部的计算精度，而且显著缩短了计算时间，为商用车底盘附件分析及优化

提供了有效的分析方法。

关键词：Abaqus子模型；底盘附件；强度分析；油箱系统

TheAnalysisofChassisattachmentsofCommercialVehicle

BasedonAbaqusSubmodelTechnology

DINGPeilin,LANGBaoyong,ZHANGCheng,LIUZongsheng,

HUANGJiajing,ZHANGYang

DongfengCommercialVehicleTechnicalCenter,WuhanHubei430056,China

Abstract:StrengthanalysisofFEMhasbeenwidelyusedinvehicleresearch,butthereare

someproblems.Inthispaper,thefueltankbracketwascalculatedbasedonAbaqus.Firstly,a

commercialvehiclefueltanksystem(includingframeandchassisaccessoriesetc.)wasusedto

analyzestrengthanalysis.Thenthesubmodeltechnologyanalysiswasusedfortanksystem.

Finallyfueltankbracketwasoptimizedbasedonthesubmodeltechnology.Theresultsshowed

thatthesubmodelmethodnotonlyimprovedthecomputationalaccuracyofthelocalstructure,

butalsoshortenedthecomputingtimesignificantly.Itprovidedaneffectivemethodforthelocal

analysisandoptimizationofthechassisofcommercialvehicles.

Keywords:submodel;chassisattachment;strengthanalysis;fueltanksystem

2017SIMULIA中国区用户大会1

引言

在商用车新车型研发阶段，往往设计人员需要对车上某些零件进行重新设计，同时需要CAE分析人员重新对零件进行有限元分析。在采用有限单元法对商用车底盘附件（油

箱、电瓶框、挡泥板等）某个零件进行强度分析时，需要建立整个商用车底盘系统来模拟

实际工况。考虑到整体模型零件多，模型网格尺寸不宜过小，否则计算量很大。而对于附件部分，如果网格尺寸过大，不能很好地反映附件局部系统模型特征，求解精度会降低；为了获得精确解，往往需要采用较细的网格重新计算模型。而Abaqus子模型技术可以达到整体粗略，局部细化，且使用计算资源少的目的。

1.子模型技术简介

1.1基本原理

有限元求解线性静力问题可以归结为一个线性代数方程组[1-2]

（1）式中:为结构总刚度矩阵；

为结构节点外荷载向量;

为结构节点位移向量。

将整个模型所有自由度分为3组:子模型内自由度、子模型边界自由度和子模型外部自

由度，分别以下标a、b和c表示，上述有限元平衡方程可写为如下形式。

（2）

结构刚度矩阵是一个对称、带状分布、主元占优的稀疏矩阵。按照刚度系数的计算

规则，因为内部节点与外部节点没有通过任何一个单元相关，故为0矩阵;而(和)

中绝大多数元素都为0。换言之，方程(2)与下式基本上是等效的。

（3）

这就是子模型法的原理。

子模型是在全局模型分析结果的基础上研究局