魏娟 王志雷 窦登科 杨广元

摘 要：为了使悬架的结构设计合理可靠，满足设计的安全性，通过ADAMS/car建立全地形车悬架模型，选择制动工况、转向制动工况、冲击工况进行运动学仿真分析，提取全地形车悬架控制臂连接点载荷作为控制臂有限元分析的边界条件，利用Hyperworks软件对控制臂进行不同工况下的静态强度分析，研究其应力分布，为悬架控制臂优化及疲劳分析提供参考。

关键词：全地形车;双横臂独立悬架;载荷提取;有限元分析

中图分类号：U463.33  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）10-170-02

Strength Analysis and Load Extraction of Utility Terrain Vehicle Suspension

Wei Juan， Wang Zhilei， Dou Dengke， Yang Guangyuan

（Xi'an University of Science and Technology， Shaanxi Xi'an 710000）

Abstract： In order to make the suspension structure design reasonable and reliable and meet the safety of the design， an utility terrain vehicle suspension model was built through ADAMS/car. The braking condition， steering condition and impact condition were selected for the kinematic simulation analysis， and the load at the connection point of the control arm of the utility terrain vehicle suspension was extracted as the boundary condition of the finite element analysis of the control arm. Hyperworks software was used to analyze the static strength of the control arm under different working conditions， and the stress distribution was studied to provide reference for the optimization and fatigue analysis of the suspension control arm.

Keywords： Utility terrain vehicle; Double-wishbone suspension; Load extract; Finite element analysis

CLC NO.： U463.33  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）10-170-02

前言

全地形車（UTV）体型较小而且灵活，在农林、牧业、石油、电力、矿山、消防等领域均有应用^[1-2]。悬架影响着车辆的操纵稳定性和安全性，在设计时不仅要考虑悬架控制臂的结构设计，同时要考虑其结构的可靠性。本文针对设计的全地形车悬架控制臂，通过动力学模型提取三种工况下悬架连接点载荷作为有限元分析的边界条件，利用惯性释放法进行有限元分析，根据分析结果验证设计的合理性，为后期的疲劳分析提供参考。

1 悬架模型的建立及载荷提取

1.1 全地形车悬架模型建立

根据三维模型获取悬架参数化模型所需的关键硬点坐标，在ADAMS/Car专家模式下建立全地形车悬架模板，在标准模式下调用之前所建立的模板创建悬架模型，并与试验台和转向机构装配后进行仿真试验，ADAMS/Car标准模式中建立的装配模型如图1所示。

1.2 全地形车控制臂载荷提取

首先在动力学模型中建立控制臂的Marke点，并建立各连接点力请求，之后选择制动工况、转向制动工况、冲击工况三种极限工况，计算轮胎接地力，将三种极限工况下的各方向力输入动力学模型中进行静态仿真分析，提取各连接点载荷。三种工况下轮胎接地点受力情况如下表1所示。

2 悬架下控制臂有限元模型建立

将建立的悬架下控制臂模型导入到Hyper Mesh中进行网格划分、添加材料以及建立载荷和约束，之后进行求解设置，得出有限元分析结果。在精度范围内对网格数量进行控制，适当减少网格数量以减少计算时间。在应力集中的地方将网格密度调较大，确保求解精度高和计算结果的可信度^[3]。本文选择网格大小为4mm，悬架控制臂材料为35#钢，材料的屈服极限为315MPa，强度极限为530MPa，通过惯性释放法对悬架控制臂进行有限元分析^[4]。建立的有限元模型如下图2所示。

3 有限元结果分析

在车辆运动过程中，悬架是随着车轮的跳动而上下摆动的，受到垂向力，纵向力及侧向力的作用，悬架控制臂在三种极限工况下的应力云图如下图3、图4所示。

由图3左可知，最大应力出现在连接杆中间位置，悬架下控制臂在紧急制动工况下的最大应力为125.8MPa，小于材料的极限强度，满足设计要求。由图3右可知，悬架下控制

臂在冲击工况下的最大应力为25.6MPa，远小于材料的极限强度。应力集中位置为下控制臂外点处，符合实际。

由图4可知，在该工况下受到的应力最大，转向制动工况下悬架下控制臂受到的最大应力为140.1MPa，也小于材料的极限强度，应力集中点发生在下控制臂后连接与中间支撑杆处，符合实际受力情况。

通过以上分析可知三种极限工况下控制臂的应力都小于材料的极限应力，设计的悬架控制臂满足设计要求。

4 结论

本文通过建立悬架动力学模型，根据三种极限工况下轮胎接地点受力为载荷输入条件，提取了悬架下控制臂各连接点的载荷作为有限元模型的边界条件，运用惯性释放法进行求解，得出三种极限工况下控制臂应力分布。结果表明三种极限工况下控制臂所受应力都小于材料的极限强度，满足设计的要求，为接下来的优化和疲劳分析提供参考。

参考文献

[1] GB/T 24936-2010，全地形车术语[S].

[2] 张方建.某UTV车双横臂独立悬架结构的设计分析[D].重庆大学， 2014.

[3] 林光典，胡习之，李彬，等.基于HyperMesh的网格质量优化分析[J].机械工程师， 2013 （9） ：71-74.

[4] 沈光烈，谢义杰.慣性释放法在车辆有限元分析中的应用及缺陷[J].客车技术与研究， 2016， 38（5） ：1-3，12.

[5] 赵燕，赵攀，阮成明，王小康.考虑刚柔耦合特性的SUV控制臂强度分析[J].机械设计与制造，2018（08）：80-83.

[6] 李帅领.汽车悬架控制臂性能计算分析及优化设计研究[D].华南理工大学，2018.