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扭转梁后悬架的有限元分析

发布于:2018-03-28 22:17
有限元分析

       20世纪70年代,在车辆中出现了扭力梁式悬架,至今该种悬架结构仍被广泛应用,特别是应用于前轮驱动的中小型家庭轿车的后悬架系统,其主要包含4部分:承受主要垂向和侧向力的矩扭转横梁,焊接在扭转横梁左右两侧的纵向摆臂,在纵向摆臂前端连接车身的弹性元件及支架,弹簧减振器系统。拖曳臂式悬挂既有非独立悬挂存在的缺点,又有独立悬挂的优点。扭力梁式悬架主要优点:(1)从安装角度来看,车辆中安装整个悬架的空间小,不需要控制臂和杆,只有少量部件需要装配,一体的弹簧减振器或分开的减振器和弹簧容易匹配,容易安装和拆卸。(2)从悬架匹配角度来看,有一个有利的从车轮中心到弹簧的传动比,只有两个衬套安装点,它们几乎对车轮跳动没有影响。(3)从运动学角度来看,在侧向力工况下有较低的外倾改变,有较低的侧倾不足转向特性,有较好的纵倾轴线位置,它能降低制动时车尾抬起量。横梁还具有稳定杆的功能。而其主要缺点是:由于控制臂的变形,具有侧向力过度转向倾向;横梁中具有扭转和剪切应力;焊缝中具有较高的应力;允许的后轴载荷受到后轴强度的限制。在运动学上,确定的车轮位置限制了悬架运动学和弹性运动学的变化,瞬时中心位置的确定依赖于轴的运动和扭力梁的刚度,车轮相互影响。另外由路面引起的振动和噪声很难减弱。汽车后桥总成作为车辆的一个重要承载部件,传递着车架与路面之间各个方向的作用力,其质量对车辆的安全性和可靠性具有重要影响。因而,本研究基于某轿车扭杆梁式后桥的实际结构,采用Hyperworks、abaqus对该后桥进行了有限元分析建模,按照整车在3种工况下的受力特征,对该后桥进行强度分析计算与评价。
       一个完整的有限元分析包括有限元几何模型的建立、划分网格、定义材料特性、定义边界条件、定义单元的物理属性,然后进行分析运算,最后输出分析结果。在HypermeshApp中,导入UG建好的三维实体模型。由于扭力梁是对称部件,且要保证网格左右对称性,只对扭力梁一半进行几何处理,利用Hypermesh抽取中位面,对所有的钣金件进行一次性抽取中位面,抽取后要考虑对几何模型进行简化处理和几何清理,以便于划分优质的网格进行分析。HypermeshApp中进行几何清理主要内容包括简化模型的几何细节、几何修复和拓扑改进。通过几何清理除去小孔、错位和不需要的细节,修复模型的错误,压缩两相邻曲面的公共边界,这些措施有利于网格的划分,能够保证网格的正确连接,可获取高质量的网格样式,以提高整个结构网格划分的质量和速度,其计算精度也可以得到提高。划分网格是建立有限元模型时非常重要的一个步骤,网格划分好坏将直接影响分析的精确程度,同时也要考虑模型的计算时间,由于扭力梁由冲压散件焊接而成,因此有限元模型采用壳单元对后桥进行网格划分,采用Hypermesh中的2D面板中的automesh工具自动划分二维单元,对于扭杆实体零件,为了保证网格的精度,在这里采用六面体单元进行网格划分。
       为保证有限元分析计算的精度,对于面单元一定要检查单元的质量,以免质量较差的网格单元影响分析结果精度,更有甚者模型就计算不下去。影响网格2D单元网格质量的因素主要是:翘曲度、长宽比、雅克比、扭曲角和四边形最大角、最小角,以及三角形单元所占比例、最大角、最小角,表示单元内各个积分点处的雅克比矩阵值中最小值与最大值之比,通常雅克比大于0.7时,是可以接受的;翘曲度表示在四边形中,沿对角线分割成的两三角形所在平面的夹角,单元的翘曲在有限元模型中是被允许的,但不能超过一定的界限,翘曲太大会影响网格的精度,此外,其他的一些网格指标也应控制在一定的范围内,具体的控制数据如表所示。


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