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基于Abaqus汽车拖车钩强度分析及结构优化

于礼艳

一汽轿车股份有限公司，吉林长春，130000

摘要：某车型后拖车钩在实验过程中，钣金出现开裂现象，本文采用有限元软件Hypermesh及

Abaqus对其强度联合仿真的方法，进行问题再现，基于有限元的分析结果，并提出优化建议，

新方案再次仿真分析验证，最终满足法规要求。

关键词：Abaqus有限元拖车钩强度分析问题再现

1.前言

随着对汽车安全性及结构的高要求，国家不断的制定法规。拖车钩的强制性国家标准GB

32087-2015《轻型汽车牵引装置》已正式发布，此法规要求车辆应在其前部至少安装一个牵引装

置，若车辆在其后部安装了牵引装置，则牵引装置也应符合法规要求。按照法规实验后，牵引装

置及其固定件不应失效、断裂或产生影响正常使用的变形；安装在牵引装置附近的其它部件不应

出现影响其正常工作的损坏[1]。

某汽车拖车钩在实验过程中，拖车钩附近的钣金件出现开裂现象，如图1。本文根据法规及

实验，用有限元的方法对该车型的拖车钩及周围的零部件进行模拟仿真，问题再现，并给出优化

建议，直到最后的仿真结果达到满意的效果，以解决实际开裂问题，并缩短开发周期。

图1.实验开裂位置

2.仿真模型的建立

2.1有限元模型

为了减少模型计算时间，截取白车身后半部分模型，拖车钩处于安装位置，如图2所示。白

车身网格单元尺寸为10mm，要求有完整的焊点和胶连接；拖车钩用四面体单元划分，设置为二

阶单元。

拖车钩附近的白车身所有相邻部件的接触区域用Interfaces命令设置面与面接触对，如图3

所示。

图2.有限元模型图3.接触连接

2.2材料参数

与拖车钩相连接的钣金件中，后保险杠横梁和连接板的材料为高强度钢，其它的钣金件材

料为普通钢，为了加速计算时间，保险杠横梁和与其做接触的钣金件的材料使用弹塑性，其余的

钣金件材料设置为线弹性。

计算中钢材料线弹性参数如下：

弹性模量：2.1e+5MPa

材料密度：7.85e-9t/mm3

泊松比：0.3

2.3约束与载荷

约束截取白车身处的全部自由度。

拖车钩应能承受的最小静载荷为F：

F=最大允许总质量?g/2；

F-拖车钩承受的最小载荷，N；

g-重力加速度，9.8m/s2。

对拖车钩分别施加水平拉伸和水平压缩的静载荷F，静载荷F方向与车辆纵向中心线平行；

过拖车钩工作区域中心点且平行于车辆纵向垂直面的水平线，对拖车钩沿垂直方向±5°、水平

方向±25°分别施加拉伸和压缩静载荷F，如图4所示[1]。

图4.载荷方向

3.分析结果

在模型中施加的静载荷大小为10290N，计算结果如下表1、2。由于后拖车钩加强板的变形

较大，在四种压载荷工况下，计算模型不收敛，见表2。其中最大位移和残余位移是拖车钩加载

点处的数值。

表1.仿真分析结果

最大位移残余位移塑性应变工况

（mm）（mm）

(%)

水平方向施加拉载荷5.8691.5535.798

水平+25方向施加拉载荷9.0843.6806.361

水平-25方向施加拉载荷6.6550.9513.918

水平-25方向施加压载荷6.0370.4552.230

垂直+5方向施加拉载荷12.8254.4518.219

垂直-5方向施加拉载荷5.6592.8494.510

表2.仿真分析不收敛工况

最大位移塑性应变CAE模型计算工况

（mm）终止时力的大小(N)

(%)

水平方向施加压载荷＞17.159＞5.35510161.2

水平+25方向施加压载荷＞16.323＞6.8898192.4

垂直+5方向施加压载荷＞21.154＞4.8217913.6

垂直-5方向施加压载荷＞19.315＞5.4819576.1

以垂直正+5度方向拉载荷和压载荷为例，拉载荷时应力云图及位移云图如下图5、图6。垂

直正+5度方向施加压载荷时，在受力7913.6N时模型不收敛，位移和受力曲线如图7。

图5.垂直+5度方向拉载荷应力云图图6.垂直+5度方向拉载荷位移云图

图7.垂直+5度方向压载荷时力和位移曲线

4.结构优化

针对分析结果和实验结果，对拖车钩套筒位置增加了十字形筋，并对套筒加长、螺纹位置优

化、断面优化；后保险杠横梁的连接板材料改为高强度钢、增加翻边等措施；另一个连接板料厚

由1.6mm增加到2mm，调整模型后重新计算。

优化后的计算结果见表3。

表3.结构优化后的结果

最大位移残余变形塑性应变工况

（mm）（mm）

(%)

水平方向施加拉载荷3.9550.0760.571

水平方向施