CAE商用车车架弯曲刚度的提升探讨

CAE商用车车架弯曲刚度的提升探讨

摘要：本文针对弯曲刚度有限元计算展开分析，内容包括有限元软件建模、

边界条件分析、约束方法分析等，通过研究增加第四横梁、增加减重孔、调整孔

位置、垂直载荷调整等优化策略，其目的在于提升车架弯曲刚度，提高CAE商用

车运行过程的安全性。

关键词：CAE商用车；边界条件；约束方法；弯曲强度

随着全球经济化发展，环保、节能及被动安全性等问题的提出，在汽车新车

型的开发过程中对车身的结构性能要求越来越高，而车架作为商用车的主要承载

系统，其弯曲刚度是其开发过程中首要考虑的重要指标。车架的弯曲刚度是其结

构反映出的载荷与变形之间关系的特性。车架的弯曲刚度不足，会引起整车满载

状态下，车架变形过大；会使乘员感觉到不舒适，带来噪音和部件的疲劳损害。

对此需做好相应的优化处理工作，以提高车架应用过程的安全性。

1弯曲刚度有限元计算分析

1.1有限元软件建模

图一车架弯曲度简易模型

如图一所示，在对车架弯曲刚度进行分析时，需要将其和车架弯曲频率、车

架长度、结构轴距等参数关联在一起，利用相互之间的关联性来建立有限元模型。在有限元建模过程中，需要对各项参数指标进行明确，如简支梁长度、简支梁截

面面积、弹性模量、车架尺寸、重力加速度、支架与约束点之间的间隔、集中结

构质量等。在对模型内参数进行计算式，可以利用弯曲模态的相关公式来完成模

态量计算，同时利用挠度公式和刚度计算公式来完成其他参数信息的计算工作，

随后将其和标准数据进行对比，评估参数信息的合规性，从而提高分析结果的可

靠性和实用性。

1.2边界条件分析

在有限元模型的分析过程中，需要做好约束条件的确定工作，在具体的分析

过程中，相关的约束条件包括以下几部分：第一，对于车架左侧和右侧的约束条

件为结构垂直方向或水平方向上的自由度，包括平动自由度、其他自由度释放值；第二，载荷数值的约束条件，在车架应用过程中，其中间位置所加载的集中荷载

数值为固定值，和结构中间质量的自重保持一致，可利用荷载公式来完成计算；

第三，对于约束条件下的一阶弯曲模态数值进行计算，同时也需要对弯曲变形情

况进行计算，对于所计算数值进行细化分析，同时明确具体的弯曲刚度数值，提

升计算结果的可靠性。

1.3约束方法分析

在对车架应用情况进行计算时，需要注意以下几方面应用内容：第一，对于

车架平动自由度进行约束处理，如果悬架结构使用的结构为板簧结构，那么在对

其进行约束时，会选择结构安装点之间的中间位置来作为约束点，此时计算模型

也会转移到副车架结构上，以确保车架结构使用过程的稳定性。第二，做好测点

分布问题的处理工作，了解结构所在位置的最大位移点所在位置，同时也可以对

弯曲刚度值进行合理计算，绘制相应的刚度变化曲线，做好参数信息的分析工作，从而提升分析结果的可靠性。

2车架弯曲刚度的提升策略

2.1增加第四横梁

通过增加第四横梁，能够起到良好的受力分流效果，进而提高车架结构的弯

曲刚度。选择增加第四横梁的主要原因在于，车架结构的加载点多集中在第三与

第五横梁之间，但两者之间的长度相对较大，需要提供额外的结构支撑，以提高

结构本身的综合强度。在第四横梁增加过程中，需要对结构所在位置进行计算，

可以参考有限元模型来对添加位置荷载情况进行分析，可以借助仿真模型来模拟

添加不同位置后所带来的受力情况，经过综合评估结果来确定结构可以添加的最

佳位置，从而提升数据分析结果的可靠性。

2.2增加减重孔

通过增加减重孔，可以减少支架结构的总重量，借此来提升车架结构的弯曲

强度。在减重孔所在位置的确定过程中，也需要对车架结构的整体性能进行评估，在满足要求的基础上兼顾轻量化要求，设置一定数量的减重孔[1]。总结以往的应

用经验，在实际改进过程中可以在商务车第一横梁、第五横梁、第六横梁和第七

横梁上进行减重孔设置，设置位置避开主要荷载点，随后对于其他横梁结构的强

度进行适当提升，借此来分流减重横梁结构受力，确保整个车辆的稳定性。另外，在实际应用过程中，也需要做好减重孔数量的控制工作，从而将参数控制在合理

范围内，确保结构受力的均衡性。

2.3调整孔位置

通过调整孔位置，能够调整车架结构的受力分布，借此来提高车架结构的稳

定性。在CAE商用车结构中，基础板体系中的第三横梁容易在外界冲击下出现钣

金压溃，这也对车架结构弯曲强度带来较大的负面影响。对此在实际调整过程中，可以将孔位置从原来侧面位置调整到钣金中心位置，同时也会对其他车架结构相

对位置进行调整，在确保CAE商用车外形不变的情况下，使车架结构整体性得到

大幅度提升，满足相应的荷载要求。另外，在确定孔位置时，可以对预选方案进

行仿真实验，根据实验结果来调整相关参数，从而提高孔位置的合理性[2]。

2.4垂直载荷调整

除了上述优化措施外，在对结构弯曲强度进行优化时，还可以对垂直荷载进

行调整，借此来提升结构荷载分流情况，提升结构本身的稳定性。在垂直荷载调

整过程中，需要做好垂直荷载初始数值的计算工作，同时在应用中也会兼顾其他

荷载的变化情况，利用仿真软件来模拟出最优化的解决方案，评估该方案的可行性和经济性，进一步优化方案内容，从而提升所设计荷载分流方案的可靠性[3]。

结束语

综上所述，增加第四横梁，能够起到良好的受力分流效果，增加减重孔，可以减少支架结构的总重量，调整孔位置，能够调整车架结构的受力分布，垂直荷载调整，可以提升结构荷载分流效果。通过采取合理措施来提升车架弯曲强度，对于提升车架结构稳固性有着积极地意义。

参考文献

[1]陈海彬.基于CAE商用车车架弯曲刚度的提升[J].汽车实用技

术,2020,45(16):99-100+119.

[2]郝丽丽,张作功,崔震,王乾勋,刘威峰,秦国亮.商用车车架弯曲刚度研究[J].汽车实用技术,2020(06):68-71.

[3]陈姗姗,韦尚军,吉春雨,万志敏,郑伟光.基于模态分析的某商用车车架结构优化设计[J].装备制造技术,2019(11):40-43+72.