基于Ansys Workbench对某军用越野车架刚度的分析研究

基于Ansys Workbench对某军用越野车架刚度的分析研究王磊
【摘要】文章构建了带副梁槽形截面车架和矩形截面车架两种车架模型,并运用有限元对两种车架进行了刚度分析,并以分析结果为依据,为整车设计中车架设计与选型给予指导性建议.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2017(000)016
【总页数】2页(P72-73)
【关键词】有限元;车架;扭转刚度
【作者】王磊
【作者单位】陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710020
【正文语种】中文
【中图分类】U467
CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-72-02 在车辆行驶于不平路面时，不同结构及截面形状的车架，会对车载装备的扭转负载产生显著影响。

本文依据某军用越野车底盘车架系统的设计方案，运用有限元法获得不同车架的扭转刚度，对比两种截面形式车架的扭转刚度，为车架的设计提供指导性建议。

带副车架槽形车架如图1，在槽形车架上方通过侧连接板及2条U型螺栓加装副车架，在纵梁内侧有6mm内腹板加强，从而提高车架扭转刚度；横梁两端分别贴
合于车架内腹面。

矩形车架如图2，与槽形车架相比，刚性车架中段由两根管梁代替第二拱形横梁贯穿车架，最后端加装槽形横梁。

车架所用材料为510L，密度，弹性模量E=207GPa，泊松比μ=0.3，强度极限为510MPa，屈服极限为355MPa。

车架参数如表1所示：
为便于对模型分析，将模型简化，忽略次要因素的影响，特作如下假设：
（1）车架力学模型中的纵梁和横梁在扭转前后始终保持直线状态；
（2）车架与横梁之间的连接为焊接与螺栓连接，所以车架与横梁之间，以及车架上各连接件之间，都采用绑定接触连接；
（3）略去为满足构造或使用要求而设置的次要杆件，仅保留车架的纵梁、横梁及对刚度影响明显的连接件；
（4）对于结构上的台肩、凹槽、开孔等对截面特性影响不大的特征予以忽略。

对简化后的车架纵梁及连接横梁采用板壳单元划分网格，将其中的铸件采用实体单元划分网格，从而获得离散化后的车架模型如图3，4所示。

车架扭转分析示意图如图5，F作用在车架前悬架支撑处以形成力偶，h为力偶作用下车架加载点的绕度，L 为作用力加载点与悬架限制点之间的距离，θ为扭转载荷作用下形成的扭转角。

常用计算车架扭转刚度的方法是不考虑车架轴距L计算的车架扭转刚度Cp，并将前悬架支撑处的扭转刚度作为车架的扭转刚度。

式中Cp为扭转刚度，Nm/º；θ为扭转角度；h为绕度，m；T为扭矩，Nm；F 为载荷，N；b为力臂，m。

计算扭转刚度，右前悬架位置限制Z方向和X方向的平移，限制绕Y和绕Z轴的旋转；左后悬架位置限制Y方向和Z方向的平移，限制绕Y和绕Z轴的旋转；在左前悬架位置延Z轴分别施加垂直向下的力F=20000N和F=10000N。

带副车架槽形车架在20000N作用力下加载点变形量为13.015mm，力臂
b=770mm，带入式(1)得到柔性车架扭转刚度为1.590×104；10000N下变形量为6.344mm，扭转刚度为1.631×104。

车架的变形量与载荷可视为线性关系，刚度采用均值1.611×104。

刚性车架在20000N作用力下加载点变形量为5.267mm，带入式(1)得到刚性车架扭转刚度为3.929×104；10000N下变形量为2.651mm，扭转刚度为
3.903×104。

车架变形量与载荷为线性关系，刚度采用3.916×104。

矩形车架扭转刚度是槽形车架的2.43倍，抗扭性能明显提高。

矩形断面纵梁车架与传统槽形断面纵梁车架相比，具有更大的抗扭刚度。

在通过不平路面时，相对带副车架的槽形车架，采用矩形车架整车性能在以下几个方面得到显著改善：
a.能提高车架扭转刚度，明显降低车载装备或系统承受的扭转负载和扭转变形量，降低对车载装备或承载系统抗扭转能力的要求；
b.能降低整车的重心高度，改善整车的侧倾稳定性；
c.改善整车性能的同时降低整车自重。

【相关文献】
[1] 马迅,盛勇生.车架刚度及模态的有限元分析与优化[J].客车技术与研究,2004(4) ∶8-11.
[2] 阮君,张代胜,王海朔.基于有限元的某轻卡车架刚度分析[J].汽车科技,2012(2) ∶23-26.
[3] 高翔,赵清江,李阳,万鑫铭,某微型客车车架模态及刚度的有限元分析[J].机械工程与自动
化.2013(6) ∶1-5.。