徐论意

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Hypermesh的板簧悬架模型建立与验证

徐论意

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在车架强度分析过程中，板簧悬架模型的至关重要，其直接影响分析结果的准确性。本文利用前处理软件Hypermesh建立有限元模型，后处理软件Msc.nastran计算出结果。同时将计算结果与试验数据作对比，证明了板簧悬架模型的合理性。

车架；板簧悬架；有限元

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-101-03

前言

在车架强度有限元分析过程中，板簧悬架模型至关重要，其直接关系到车架强度分析的准确性。在各种文献中，板簧悬架的模型被广泛使用，但其模型是否能够与实际相符合，一直无人探讨。

笔者以在职单位的某款轻型卡车底盘为研究对象进行实物加载试验，基于车架CAD模型和板簧悬架相关零部件的性能参数，综合利用Hypermesh，Msc.nastran有限元分析软件建立有限元模型和计算，对比分析结果与试验数据的吻合程度，为以后车架强度分析提供参考。

分析流程如下：

（1）选取具有便于加载、记录及有限元模型建立的悬架结构的轻型卡车底盘，尽可能减少其他不明确的载荷、工况等因素对分析问题的影响；

（2）对轻型卡车底盘进行加载试验，使其车架出现明显的塑性变形，记录相关试验数据；

（3）根据车架CAD模型及约束条件通过Hypermesh建立有限元模型，利用Msc.nastran计算得出理论数据；

（4）对CAE分析结果和试验数据进行对比分析，得出结论。

1、轻型卡车底盘的选取及加载试验

轻型卡车一般为两轴结构，具有前悬架和后悬架。由于轻型卡车前部及中部承受驾驶室、驾驶员、副驾驶员、发动机、变速箱、油箱等载何的作用，受力较为复杂，有限元模型难以精准模拟其真实受力情况。相反，在轻型卡车后部受力情况简单很多，特别是对于不带货箱的二类底盘，其不受多余外载荷的作用，便于验载荷的施加及确保影响因素的唯一性。

轻型卡车的后悬架多为主、副簧的板簧悬架，有副簧支架，其特点是当载荷较小时，仅主簧工作，当载荷达到一定值时，副簧与副簧支架接触，副簧开始起作用。为避免副簧支架受力对车架强度的影响，本文采用另一种副簧下置（不带副簧支架）的结构。

在汽车行驶过程中，典型的工况包括弯曲、扭转急刹制动和转弯4种工况。弯曲工况很容易通过施加验证载荷达到，且容易记录载荷和变形量。

综上所述，本文选取副簧下置的后悬架为研究对象，通过对车架尾梁施加集中载荷，使车架出现弯曲变形，具体理论模型示意图见图1。

按图1模型对车架进行逐渐逐级加载：载荷量从1000Kg开使，增量为200kg，每次加载后进行释放载荷，记录尾梁离地高度，直至加载到尾梁不能恢复到加载前的高度为止，说明此时车架已发生塑性变形，明显塑性变形位置见图2。记录下载荷为1800Kg，尾梁竖直位移量为47mm。

2、有限元模型建立

2.1 网格划分

该车架为典型的边梁式车架，车架纵梁和横梁均有薄板件冲压成型，其长度远大于厚度，可以采用壳单元来模拟。车架CAD数模在UG NX6.0中建立，由于Hyperworks对IGES格式导人效果较好，故将模型转换为IGES格式。采用HyperWorks中的BatchMesher对IGES文件进行中性面抽取和网格划分并将划分完的网格的文件导入Hypermesh中，检查其网格质量。对于错误网格应通过改变切割单元、改变节点位置等手段进行修改，保证错误网格为零。

网格质量的优劣网格质量的优劣将对计算结果产生较大的影响。因此对网格质量的控制就显得尤为重要 。图3是网格质量控制参数，其中单元长宽比小于5:1：翘曲角小于15°；雅克比大于0.6：三角形单元占总单元比例不超过5%。

划分网格后的车架模型有节点31062个．单元29123个，其中四边形单元27870个。三角形单元1253个，三角形单元占总单元的比例为4.3%。网格质量见表1。

表1 网格质量

2.2 连接方式处理

车架各横梁和纵梁通过铆接连接，采用方便、快捷的点对点的rbe2连接即用rhe2将圆孔中心的主节点和圆孔周围6个从节点连接起来．再用rbe2单元连接上下两圆孔的中心，具体铆接连接模拟方式见图4。

2.3 悬架模拟

轻型卡车底盘的后悬架具体的连接方式为，板簧前端固定在车架的板簧固定支架上，板簧后端通过板簧吊耳与车架上的板簧吊耳支架连接。为研究方便，在板簧前后安装点用点来模拟，并通过rbe2将该点与车架上相应的铆接孔连接。将板簧简化成CBUSH[，分别与模拟点连接。

2.4 约束与加载

为降低计算量，截取车架后半部分为研究对象。在弯曲工况下，截面处存在弯曲变形，所以对截面的各个节点Z向及绕Y轴旋转两个自由度不予约束，其余四个自由度进行约束；板簧托即后桥为固定连接，进行六个自由度的完全约束；板簧与车架的连接不是固连，而是在一定自由度上可以发生运动：板簧固定支架处可以发生相对转动，板簧吊耳支架处可以发生相对转动和滑动，对板簧卷耳和吊耳分别施以相应的约束。

根据图1中的模型及试验加载数据，对有限元模型施以1800Kg载荷，用以车架强度计算。最终车架有限元模型见图5。

2.5 赋材料及属性

钢板弹簧CBUSH赋予刚度值为271N/mm；对车架纵梁、各横梁及连接板赋予510L材料，材料的力学性能见表2。

表2 材料力学性能

2.6 导出计算及查看结果

将hypermesh文件导出成bdf格式，用Msc.nastran打开计算并查看分析结果，图6、图7分别为车架的最大应力点及最大位移点。

3、加载试验及有限元分析结果对比

将加载试验和有限元分析得到的加载载荷、尾梁位移量、变形位置进行对比，加载试验与有限元分析数据对比见表3。

表3 加载试验与有限元分析数据

由上表可以看出，在相同位置加载相同载荷的情况下，试验和有限元分析结果均出现塑性变形且变形位置相同，尾梁位移量也基本相同。结果充分证明了板簧悬架模型的合理性。

4、结论

本文通过合理的模型选取，采用试验和有限元分析结果作对比，充分证明了在车强度分析中，板簧悬架模型的正确性，为新车架的开发提供参考。

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[2] 刘素红.一种客车车架结构的有限元分析[J].机电工程,2010,27.

[3] 张胜兰.HyperWorks的车架模态分析[J].机械设计与制造,2005,4.

[4] 纪飞龙.基于HyperWorks的某车架铆接方式的对比分析[J].湖北汽车工业学院学报,2011,25.

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[6] 王钰栋.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].机械工业出版社.

[7] 王霄锋.汽车底盘设计[M].清华大学出版社.

Establishment and verification of leaf-spring suspension model based on Hypermesh

Xu Lunyi
（Anhui Jiang-Huai Automobile Company, Anhui Hefei 230601 )

In the process of the frame strength analysis, leaf-spring suspension model is very important, which directly affects the accuracy of the results. In this article, the finite element model is established by the pre-processing software Hypermesh and the results are calculated by the post-processing software Msc.nastran. At the same time, the calculation results are compared with the experimental data, proved the reasonability of leaf-spring suspension model.

frame; leaf-spring suspension; finite element

U463.8

A

1671-7988(2015)01-101-03

徐论意，就职于江淮汽车技术中心商用车研究院。