某轿车副车架焊接总成结构强度CAE分析.pdf

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1、2002年MSC.Software中国用户论文集某轿车副车架焊接总成结构强度CAE分析吴铭周俊龙王建航钱锋(上海汇众汽车制造有限公司)内容提要:本文论述了作者通过采用MSC.ADAMS/Car、MSC.PatranMSC.Nastran等CAE分析软件对某轿车副车架焊接总成的结构强度进行计算机辅助分析，得到了与实际路试十分近似的结果。说明CAE分析能够对产品的开发起实际指导意义，并带来较大的经济利益。关键词：MSC.ADAMS、NASTRAN、副车架焊接总成结构强度分析1前言本文为某轿车副车架焊接总成结构强度分析。该车由某外国公司为某整车厂设计，其副车架焊接总成是上海汇众为其配套的几大总

2、成之一。该车的样车在国外试车场路试时，该总成曾出现几处早期故障，有焊接开裂和材料损坏，整车厂不能确定是否主要是零部件结构设计不合理造成的。由于整车厂自身不具备CAE分析的能力，所以在将该总成交付上海汇众试制时，希望上海汇众能通过CAE分析找出该总成的薄弱环节，对其将来的设计更改起一定的指导作用。本例整车厂没有提供副车架焊接总成的载荷条件,因此采用由MSC.ADAMS构建该车前悬架模型,计算出各关节点的六分力,再建立有限元模型进行分析计算。2.1.1结构和受力简介该副车架焊接总成（见图1a、图1b）主要由副车架横梁主板、前加强板、副车架前安装支座、副车架中安装支座、副车架后安装支座、承载摇

3、臂安装加强件、导向摇臂安装加强件、转向器托架、发动机支承梁安装支架等组成。该总成由后安装支座定位，并通过前、中安装支座内的金属橡胶支承连接在车身上。承载摇臂通过金属橡胶支承安装在承载摇臂安装加强件和与副车架横梁主板之间；导向摇臂通过导向摇臂支架连接在导向摇臂安装加强件上。整个副车架焊接总成所承受的载荷可以考虑分为两个部分，一是发动机分配到副车架焊接总成中a、b、c、d四处的载荷；二是通过承载摇臂和导向摇臂施加在副车架焊接总成上的载荷，该部分载荷，整车厂没提供资料，本例由MSC.ADAMS解出；其它载荷可以忽略不记。2.1.2发动机载荷的分配根据整车厂提供的数据，发动机的载荷分配情况如下：

4、F发a=143N;F发b=302N;F发c=200N;F发d=200N。a、b、c、d四点见图1a2.1.3通过承载摇臂和导向摇臂施加在副车架焊接总成上的载荷该部分载荷我们用MSC.ADAMS解出。在MSC.ADAMS/Car中建立起悬架总成、模型中的各个零部件通过一些设定的约束关系相连接，其它一些参数如悬架弹簧刚度等也可设定。通过对这些虚拟样件的动力学分析可以替代传统的对物理样件的分析。根据整车厂能够提供的参数，可计算出各种典型工况时车轮处的受力状况。然后应用MSC.ADAMS/Car软件，使用该软件建立起前悬架杆系模型并建立各零部件的约束关系、输入悬架弹簧刚度，通过Adams的运算能

5、够把前轮处的受力以三个方向的力和三个方向的扭距表达在承载摇臂和导向摇臂与副车架焊接总成连接处（分别在各自的金属橡胶支承中心）（1）轿车前悬架系统结构简介轿车前悬架为双横摆臂式结构，筒式减振器上端通过螺栓与车身相连，减振支柱下端与承载摇臂相连，螺旋弹簧与减振器串联。（2）轿车副车架受力分析的MSC.ADAMS/Car模型由硬点坐标建模，坐标系与整车坐标系一致。MSC.ADAMS/Car软件提供了悬架中各部件间约束关系模板，根据整车厂前悬架的结构，约束关系MSC.ADAMS/Car中建立的模型如图2所示（3）车轮处的受力状况（以下只计算左侧，右侧与之对应）根据整车厂提供的参数和数据分别计算出

6、通过不平路面时、制动时、侧滑时的工况，可以确定在垂直力、纵向力、侧向力分别最大的情况下的左前轮的受力状况。①通过不平路面时（垂直力最大）：Z左垂=δ(N)2G前δ—动载荷系数，令δ=2.5；G前—前轴载荷，G前=936Kg≈9172.8(N)；Z左垂=2.59172.8(N)2=11466(N)②制动时(纵向力最大)：Z左制=0.5m制G前(N)m制—制动时前轮质量转移系数，.m制=（b+ψhg）/b；b—汽车质心至后轴距离，b=1447mm；ψ—制动时的附着系数，ψ取0.7;hg—汽车质心距地面高度，hg=550mm;m制=(1447+0.7×550)/1447≈1.266Z左制=0.

7、5×1.266×9172.8（N）≈5806NX左制=Z左制.ψ（N）=5806×0.7（N）≈4064N③侧滑时(侧向力最大)：Z左侧=0.5G前（1+2ψ.hg/B）（N）ψ—侧滑时路面附着系数，ψ取0.7；B—前轮轮距，B=1565mm;Z左侧=0.5×9172.8×(1+2×0.7×550/1565)（N）≈6843NY左侧=Z左侧×ψ（N）=6843×0.7（N）=4790N(4)三种工况下的受力计算及结果由于对于该模型在