汽车后悬架下控制臂的有限元分析与优化

2020-09-10谢颖

内燃机与配件 2020年3期

谢颖

摘要：以某车型后悬架下控制臂为研究对象，建立强度仿真模型。模型分析过程引入惯性释放方法，从而消除约束点反力对控制臂结构强度造成的应力集中的影响。本文通过对常见的6种静强度工况进行下控制臂的有限元分析，并针对强度不满足项进行结构优化，最终使得后悬下控制臂满足强度要求，为后悬下控制臂的设计提供参考。

关键词：汽车;下控制臂;强度;惯性释放;有限元分析

0 引言

控制臂作为汽车悬架系统的导向和传力元件，用来支撑车身、减震器，并且缓冲行驶中的振动;将作用在车轮各种力传递给车身，同时保证车轮按一定轨迹运动。控制臂分别通过球铰或者衬套把车轮车身弹性连接在一起。控制臂（包括与之相连的衬套及球头）应有足够的刚度、强度和使用寿命。

本文选取了某一具体后悬架控制臂，作为研究对象，建立了包含橡胶衬套的有限元模型，并完成常见的6种静强度工况的仿真分析，对不满足项进行了优化。分析结果表明，优化后结果满足强度设计要求。

1 控制臂强度的仿真分析

1.1 控制臂的有限元模型

研究所用的控制臂主要由上连接板、下连接板、定位销和球铰四部分焊接而成，其上连接板与下连接板均为2.5mm，有限元模型基本单元尺寸为3mm。为了模拟实际的控制臂工作情况，采用惯性释放的方法进行约束，利用多体载荷分解技术，分别对控制臂施加垂向、制动、制动转向、加速、加速轉向及扭转等6种工况，并将分解的载荷分别施加到有限元模型中。

1.2 材料参数

控制臂主体材料选用QStE500TM，定位销材料选用20#钢，其具体材料参数如表1。

1.3 仿真分析结果

本文采用ABAQUS软件对图1所示的控制臂进行6中常见静强度工况进行仿真分析，分析采用惯性释放法以消除约束点反力对控制臂结构强度造成的应力集中的影响。分析结果云图如图2所示。

1.4 结果评价

依据控制臂强度分析设计要求，必须满足在以上6种常规强度工况种，最大塑性应变应不大于0.2%。图2分析结果显示，在垂向、制动以及制动加速工况下，控制臂本体的最大塑性应变分别为0.44%、0.24%、0.36%，不能满足设计要求。各个工况分析结果详见表2。

2 强度优化分析

2.1 优化方案

分别从增加材料厚度、提升材料牌号、增加加强件等角度制定了优化方案，且均能满足目标要求。优化方案需综合考虑控制臂在各个工况下的安全性能以及质量、成本的要求，最终采用了增加加强件方案，加强件结构以及连接方式详见图3。

2.2 优化后分析结果

增加加强件后，得到后悬下控制臂的强度分析结果，分析结果显示，在制动工况下，控制臂最大塑性应变为0.1%，其余工况塑性应变均为0，满足既定目标要求，应力云图如图4。

3 结束语