1 前言

    機械系統(tǒng)自動動力學(xué)分析(MSC/ADAMS)是目前汽車行業(yè)廣泛使用的多體系統(tǒng)仿真分析軟件ADAMS軟件可以方便地建立參數(shù)化的模型，只要輸入具體的多剛體模型參數(shù)，軟件本身就會自動建立力學(xué)方程，運用數(shù)值積分和微分的方法計算出系統(tǒng)的動態(tài)性能及零部件的受力情況。通過將該載荷輸入到MSC/NASTRAN中對零件進行分析，可以找出零部件的薄弱部位，為將來的改進設(shè)計提供依據(jù)。本文以某轎車（以下稱為X轎車）的副車架焊接總成為例，詳細介紹分析過程。

    X轎車的樣車在試車場路試時，副車架焊接總成多次出現(xiàn)早期焊接開裂和材料破壞情況。為找出該總成的薄弱環(huán)節(jié)，利用ADAMS軟件的動力學(xué)仿真功能，建立了包括副車架在內(nèi)的前懸架運動學(xué)模型，并對3種典型工況下副車架的受力進行了計算，然后用有限元分析軟件MSC/NASTRAN對其進行靜力計算。

2 X轎車前懸架結(jié)構(gòu)

    X轎車前懸架為多連桿式結(jié)構(gòu)，上搖臂一端與轉(zhuǎn)向節(jié)相連，另一端通過兩個襯套與車身相連。懸架下端的承載搖臂和導(dǎo)向搖臂分別與轉(zhuǎn)向節(jié)和副車架相連。減振器上端通過螺栓與車身相連，減振支柱下端與承載搖臂相連，螺旋彈簧與減振器串接，前懸架受力分析模型見圖1。

圖1 X轎車前懸架受力分析模型

3 X轎車副車架受力分析的ADAMS模型

    X轎車的前懸架在本模型中被簡化為10個部件組成，各部件間的連接關(guān)系如表1所列。

表1 X轎車前懸架中各部件間的連接類型

    建模中用到的數(shù)據(jù)由整車廠提供，對于模型中用到的一些從整車廠暫時無法得到的數(shù)據(jù)，使用經(jīng)驗值。

4 3種工況下的副車架受力計算及結(jié)果

    根據(jù)客戶提供的參數(shù)和數(shù)據(jù)，確定轎車在通過不平路面、制動和側(cè)滑時副車架可能的極限受力工況，由此計算出在垂直力、縱向力、側(cè)向力分別為最大情況下的前輪受力，計算結(jié)果如表2所列。

表2 3種極限工況下X轎車前輪的受力計算結(jié)果（單位：N）

    ADAMS/CAR為懸架提供了6種常用的分析方法：兩輪同步跳動、兩輪反向跳動、單輪跳動、轉(zhuǎn)向分析、靜載分析和文件驅(qū)動分析模式。在靜載分析中，用戶可以輸入車輪回正力矩、側(cè)向力、制動力、驅(qū)動力、輪心處垂直力或位移、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角或齒條位移二通過將上述計算出的力施加到車輪上，系統(tǒng)會自動計算出懸架的各種特性及零部件連接點的六分力，同時利用ADAMS的后處理功能可以方便地對數(shù)據(jù)進行輸出。靜載分析計算得到的結(jié)果如表3所列。

表3 3種極限工況下X轎車副車架的受力計算結(jié)果

5 有限元分析與實車路試對比

5.1有限元模型的建立

    三維幾何模型取自X轎車的CATIA模型轉(zhuǎn)換成的IGES數(shù)據(jù)，曲面共1726個（圖2）。材料為鋼板，彈性模量為2x10^-5MPa，泊松比為0.3，賦值于所有的單元上。副車架與車身連接點簡化成6個自由度完全約束。本模型以SHELL單元劃分有限元網(wǎng)格，以桿單元模擬點焊。以MPC（多點約束）簡化加載和約束作用點。網(wǎng)格劃分邊長取12mm，共有單元17576個，節(jié)點17750個，MPC10個。

圖2 X轎車副車架的三維模型

5.2有限元分析結(jié)果與實車路試對比

    將ADAMS計算出的副車架受力作為有限元靜力分析的載荷，計算得到的應(yīng)力集中部位與實車路試的破壞部位對比如圖3、圖4（最大應(yīng)力出現(xiàn)在制動工況）。

圖3 副車架有限元分析的應(yīng)力云圖（局部）

圖4 實車路試時副車架破壞的圖片

    考慮到橡膠襯套的簡化處理，計算出的最大應(yīng)力在250MPa左右。將有限元的分析云圖與路試現(xiàn)場圖片進行對比可以看出，有限元計算出的應(yīng)力集中部位和實車路試破壞部位相當(dāng)吻合，即CAE的分析計算較好地反應(yīng)了路試情況。

6 結(jié)論

    通過利用動態(tài)仿真軟件和有限元軟件計算得到的結(jié)果與實車路試的結(jié)果進行對比，說明聯(lián)合應(yīng)用ADAMS和NASTRAN對汽車零部件進行分析是可行的，同時也說明CAE分析過程中的假定、簡化、建模與分析方法基本正確，從而為副車架改進設(shè)計提供了理論根據(jù)。

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本文標(biāo)題：CAE在轎車結(jié)構(gòu)件分析中的應(yīng)用

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