张枫，李冰



基于hypermesh的某轻卡车架强度分析及优化

张枫，李冰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用大型通用有限元分析软件hypermesh建立车架的有限元模型，并对该车架进行了有限元分析，从而得出车架的应力集中区，同时对计算结果分析，提出优化方案，为车架方案设计提供理论基础。

车架；Hypermesh；有限元

引言

车架作为车辆承载基体，是重要的受力件，大部分部件，如动力总成，车身，车桥等都与车架直接联接，在车辆行驶过程中，车架会承受来自路面的冲击载荷以及扭转，弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪力，车架的强度性能不仅关系到整车的使用性能，而且还影响到车辆的行驶性能。对车架的要求是在保证足够的强度，刚度和稳定性条件下，尽可能达到质量轻，应力分布均匀。但由于车架结构复杂，受力也复杂，很难用简单的力学方法进行强度，刚度的计算和应力分析。本文基于有限元方法可以比较准确地计算出车架整体及各部件在不同使用工况下得应力状态，并对不合理结构进行优化。

1 车架有限元模型处理

此车架为变截面等宽车架，共6根横梁，横梁与纵梁连接采用焊接方式，各种焊板若干。用UG建立的三维模型如图：

1.1 车架及其组件的网格划分

本文使用Hypermesh软件建立整车的有限元模型，取长度单位为mm，力单位N，重力加速度取g=9800mm/s2。车架纵梁和横梁的材料为510L，材料力学性能如下表所示。

表1 材料力学性能表

划分车架网格时，考虑其长度较长，并且结构复杂，前处理的工作量较大，有限元网格单元尺寸按10mm划分，绝大多数网格使用QUAD4单元，少量用TRIA3板壳单元。有限元模型如下图。

1.2 约束与载荷的施加以及边界条件的设定

根据车辆的使用情况，对车辆设定工况及边界条件，见下表：

表2 车辆工况及边界条件

2 车架的强度分析

2.1 车架结构强度计算

使用MSC.Nastran软件求解器对车架系统的有限元模型求解，计算得到各分析工况的VonMises应力和危险部位，与所用材料的屈服强度极限相比，可判定其强度可行性。仿真求解，判断出车架薄弱部位并加强，加强方案如下：

图3 优化前后对比图

对加强后的车架再分析，对比原车架分析结果如下：

图4 车架加强前后对比图

2.2 车架结构强度计算分析

此车架在匀速直线运动、启动或加速、制动、转向及扭转五工况下的屈服安全系数分别为1.5、1.5、1.8、0.8、1.5，只有转向工况下不能满足安全系数≥1.5的要求，对车架加强后，在转向工况，车架的屈服破坏安全系数提高到了1.8，满足要求，即车架在各工况下不会发生屈服变形。

3 结论

本文详细讨论了使用有限元法进行车架强度分析问题，通过使用Hypermesh软件划分车架各组件的有限元网格，对有限元组件的连接装配，约束和载荷的施加及边界条件设定等步骤，建立了客车车架强度分析的有限元模型。使用MSC.Nastran求解器进行了车架强度的分析计算，得到了该车架主要载荷工况时的应力分布状况，以及车架结构的强度特点。结果表明，该车架加强后的结构在各工况下的最大应力均在材料的屈服强度以内，屈服安全系数大于1.5，满足设计使用要求。

[1] 陈家瑞,汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2] 王望予.汽车设计.北京:机械工业出版社,2000.

[3] 王霄锋.汽车底盘设计.北京:清华大学出版社,2010.

[4] 贺李平.ANSYSY14.5与Hypermesh12.0联合仿真有限元分析.北京:机械工业出版社,2014.

Strength analysis and optimization of a frame based on hypermesh

Zhang Feng, Li Bing

( Anhui jianghuai automobile group co. LTD., Anhui Hefei 230601 )

s:In this paper, the finite element model of the frame is established by means of hypermesh, a general finite element analysis software, and the finite element analysis of the frame is carried out to obtain the stress concentration area of the frame.

Frame; Hypermesh; Finite element

B

1671-7988(2018)24-121-02

U463.32

B

1671-7988(2018)24-121-02

U463.32

张枫，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型商用车研究院，从事底盘设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.044