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基于ABAQUS的某型轿车油门踏板静强度分析

孙俊文，曾小利，毛显红，吴延龙

（长安汽车工程研究总院CAE所，重庆401120）

摘要:油门踏板是轿车机构中重要的组成部分之一，为保证乘员安全和使用性能，本文采用

ABAQUS通用有限元软件对油门踏板机构进行非线性静强度仿真分析，为轿车的油门踏板强度

设计提供一种分析方法。

关键词:油门踏板；强度；ABAQUS;非线性

StaticStrengthAnalysisofTheautoAcceleratorpedalBasedon

ABAQUS

SUN_JunwenZENG-XiaoliMAO-XianhongWU-Yanlong

(AutomobileEngineeringInstituteofChangAn,Chongqing)

Abstract:Theacceleratorpedalisanimportantpartofthecarbodies,inordertoensurethe

safetyofthepassengerandtheuseofperformance，thispaperusesgeneralfiniteelementsoftware

ABAQUSforacceleratorpedalmechanismofnonlinearstaticsimulationanalysis,toprovidean

analyticalmethodforstrengthdesignoftheacceleratorpedalcars.

Keywords:Acceleratorpedal;Strength;ABAQUS;Non-linear

引言

油门踏板又称加速踏板，是汽车驾驶室重要机构之一，主要作用是控制发动机节气门的

开度，从而控制车速。在自动档轿车中油门踏板还有一个作用，就是把驾驶员的控制意图传

递给自动变速器的控制器，是用户使用频率非常高的一个结构，其性能好坏直接影响用户的

安全性与操控性。

在实际行驶过程中，油门踏板的工作是一个动态过程，本文主要研究在常温、静力载荷

作用下，油门踏板到达下极限位置时踏板杆的应力应变分布及其大小。本文借助ABAQUS

对踏板强度试验进行模拟仿真，在分析中选择ABAQUS/Standard求解器，考虑了模型的材

料非线性、边界非线性及几何非线性。

1非线性理论

非线性结构问题是指结构的刚度随其变形而改变的问题。在结构力学模拟中有三种非线

性的来源：材料非线性；边界非线性；几何非线性。

1.1材料非线性

大多数金属在低应变值时都具有良好的线性应力-应变关系，但是在高应变时材料发生屈

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服，此时材料的响应成为非线性且不可恢复。材料的非线性也可能与应变以外的其他因素有

关，应变率相关材料数据和材料失效都是材料非线性的形式。

1.2边界非线性

如果边界条件在分析中发生变化，就会产生边界非线性问题。边界非线性是极度的不连

续，当在模拟过程中发生接触时，在结构中的响应瞬时发生很大的变化，此时的载荷与变形

响应不再是线性关系，即为边界非线性。

1.3几何非线性

几何非线性是与在分析中模型的几何形状改变相关联的，几何非线性发生在位移的大小

影响到结构响应的情况。几何非线性的特点是结构在载荷作用过程中产生大的位移和转动。

如板壳结构的大挠度，些时可能仍保持为线弹性状态，但是结构的几何方程必须建立于变形

后的状态，以便考虑变形对平衡的影响。同时由于实际发生的大位移、大转动，使几何方程

再也不能简化为线性形式，即应变表达式中必须包含位移的二次项。

2FEM模型的建立

2.1建模方式

本文研究的油门踏板基于CATIA几何模型进行有限元建模，为建模以及分析方便，对

模型进行了简化，在建模过程中选取踏板行程下死点位置进行网格划分，主要由踏板底座、

踏板杆、转轴三部分组成，如图1所示：

图1油门踏板强度分析模型

踏板杆及踏板底座均用C3D8R、C3D6实体单元建模，平均尺寸为1mm，转轴与踏板

底座用hinge单元连接模拟转动关系，转轴与踏板杆连接处以及踏板与踏板杆之间用1.5mm

的壳单元模拟焊缝，踏板杆与限位支撑面处以及转轴与转轴孔之间表面建立surfaceto

surface的硬接触，接触系数设置为0.1。具体建模方法如图2所示：

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a)钣金件建模b)焊缝建模c)接触建模

图2FEM建模方法

2.2材料本构

本次分析涉及的材料有三种，在分析中要考虑材料的塑性行为，材料的塑性行为可以用

它的屈服点和屈服后的硬化