某副車架疲勞分析

1、某副車架疲勞分析王成龍（上海匯眾汽車制造有限公司）摘要: 本文利用MSC.Nastran 及MSC.Fatigue 軟件，針對某副車架在選裝過程中出現(xiàn)的臺架疲勞試驗問題，進行應(yīng)力及疲勞分析，提供了計算參考，使整車廠修改了規(guī)范，解決了公司的難題。關(guān)鍵詞: 副車架 應(yīng)力分析 疲勞分析Application of fatigue analysis in frame design(Shanghai HuiZhong Automotive Manufacture Co. Ltd 200122Wang chenglongAbstract This paper applies MSC.Fatigue in

2、computing the frame s fatigue life, provides theory evidence, persuades auto company to change the load case, and resolves our companys question.Keywords Frame Stress Analysis Fatigue Analysis1 特點副車架是車輛底盤系統(tǒng)中的重要安全件，其承載發(fā)動機、變速器等動力單元，在車輛實際行駛過程中，副車架承受的載荷是極為復(fù)雜的，在設(shè)計中要求強度高、可靠性好。相對于不斷變換推陳出新的車身來講，其底盤系統(tǒng)變化不多，所以

3、就出現(xiàn)幾種車型共用一種底盤平臺的情況。我們公司作為底盤系統(tǒng)供應(yīng)商，經(jīng)常出現(xiàn)許多車型共用一種相對穩(wěn)定的底盤系統(tǒng)，而副車架作為重要的底盤結(jié)構(gòu)件，常常形成一個系列來進行供貨，這個過程同樣適用于進口車型。我們現(xiàn)在這個副車架分析課題就是來源于這樣的背景，實際情況是將高級轎車的副車架稍作改動后將其選裝在多功能商務(wù)車上，由于車型的改變，帶來許多車輛參數(shù)發(fā)生了改變，臺架試驗規(guī)范比較難以規(guī)定，按照原有試驗規(guī)范進行試驗，出現(xiàn)了疲勞次數(shù)降低的情況，如果要改動副車架，如何改，如果不改，試驗規(guī)范如何規(guī)定等等，這就是本文要解決的問題。按照實際臺架布置情況，模擬實際副車架承載情況，確定分析內(nèi)容為四種副車架承受縱向載荷時的疲

4、勞壽命有限元分析。2 有限元模型的建立副車架的幾何模型主要在UGII 環(huán)境里生成，然后由MSC.Patran 直接讀入。1） 單元劃分考慮到副車架實體特征，本模型直接采用SOLID 模型，同時采用四面體單元劃分網(wǎng)格，單元長度為18mm 。2） 材料特性彈性模量2.1x105N/mm2 ，泊松比0.28。3） 約束條件邊界條件為副車架所有與車身連接處均為剛性聯(lián)接。4） 載荷施加施加載荷為制動載荷和加速載荷，制動力為13.9KN ，加速力為 10.3KN ，施加部位為車輪接地點。副車架有限元模型如圖1-4所示。 圖1 原型副車架有限元模型 圖2 2.0L副車架有限元模型 圖3 加強副車架一有限元模

5、型 圖4 加強副車架二有限元模型3 應(yīng)力計算結(jié)果及分析根據(jù)前面的有限元建模，進行靜力分析。應(yīng)力云圖如圖5-12所示。 圖5原型副車架應(yīng)力云圖 圖6原型副車架局部應(yīng)力云圖圖7 2.0L副車架應(yīng)力云圖圖8 2.0L副車架局部應(yīng)力云圖 圖9 加強副車架一應(yīng)力云圖圖10 加強副車架一局部應(yīng)力云圖 圖11 加強副車架二應(yīng)力云圖圖12 加強副車架二局部應(yīng)力云圖4 疲勞分析考慮到副車架主要材料為塑性好的低碳鋼材料，選取疲勞分析材料為E-N 材料類型的 SAE1008_91_HR，由其代替分析所需的S-N 材料曲線。載荷序列為頻率為0.6Hz 、波峰為1、波谷為0.682的正弦載荷，R=-0.682,采用較保

6、守的GOODMAN 方法修正。疲勞壽命云圖如圖13-20所示。 圖13 原型副車架S-N 壽命云圖 圖14 原型副車架局部S-N 壽命云圖 圖15 2.0L 副車架S-N 壽命云圖 圖16 2.0L 副車架局部S-N 壽命云圖圖17 加強副車架一S-N 壽命云圖 圖18 加強副車架一局部S-N 壽命云圖 圖19 加強副車架二S-N 壽命云圖 圖20 加強副車架二局部S-N 壽命云圖5 結(jié)論從應(yīng)力分析上看：原型副車架，最大應(yīng)力達到149MPa ，應(yīng)力集中部位達到44MPa;2.0L 副車架，最大應(yīng)力達到142MPa ，應(yīng)力集中部位達到60MPa;加強副車架一，最大應(yīng)力為142MPa ，應(yīng)力集中部

7、位達到56MPa;加強副車架二，最大應(yīng)力為142MPa ，應(yīng)力集中部位達到52MPa;從疲勞分析上看：原型副車架，破壞位于右縱臂根部附近，壽命可以達到9.8x105次；2.0L 副車架，破壞位于右縱臂根部附近，壽命可以達到4.8x105次；加強副車架一，破壞位于右縱臂根部附近，壽命可以達到4.8x105次；加強副車架二，破壞位于右縱臂根部附近，壽命可以達到4.8x105 次。從臺架試驗上看：原型副車架，疲勞能達到規(guī)定要求，試驗即停止；2.0L 副車架，破壞較多出現(xiàn)于右縱臂根部附近，壽命可以達到4.8x105次；總之，在相同的加載條件下，原型副車架與其它三種副車架的疲勞性能要好得多，這種情況與設(shè)計要求存在距離，不能夠達到同一類型系列化的要求。經(jīng)過我們的分析計算和臺架試驗，最后整車廠考慮了我們的合理要求，結(jié)論是降低了載荷。在新的載荷條件下，我們的臺架試驗和理論計算都證明了2.0L 副車架與