P086-悬架下横臂强度分析

悬架下横臂强度分析

瞿元 张林波 黄鹏程 张宏波 张关良 张宏涛

奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院CAE部 安徽省汽车NVH与可靠性重点实验室

悬架下横臂强度分析

Strength Analysis of the Lower Arm of

the Suspension

瞿元张林波黄鹏程张宏波张关良张宏涛

（奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院CAE部）

（安徽省汽车NVH与可靠性重点实验室）

摘要：基于MSC Patran & MSC Nastran，根据MSC ADAMS/CAR模块得到的悬架下横臂连接点的载荷，分析比较了三种不同约束处理的应力结果，为下横臂的零部件级分析提供合适的分析方法。

关键词：MSC Patran，MSC Nastran，悬架，下横臂，强度，约束方法

Abstract:Based on MSC Patran & MSC Nastran, the loads of the mounting points are got from the MSC ADAMS/CAR, which are used to analyze the lower arm with three different methods. And then, the appropriate analysis methods of the lower arm are given.

Keywords: MSC Patran，MSC Nastran，S uspension, Lower arm, Strength, Constraint Method

1前言

对于双横臂式悬架，下横臂连接副车架、转向节和减震机构。路面对车轮的垂直载荷依次通过转向节、下球头销、下横臂和减震机构传递到车身和车架上；而纵向力、侧向力与力矩均由转向节和导向机构－上下横臂和球头销传递，因此，下横臂在该悬架类型的载荷传递上具有相当重要的意义。对这样一个重要的部件，强度校核时采用不同的分析方法，可能得到不同的分析结果。那么，分析方法的选择，对分析人员来说就显得尤为重要。本文拟比较三种不同的处理方法，分析结果的差异性，建立该结构零部件级分析的方法。典型的双横臂悬架如图1所示。

2模型

为了计算下横臂的应力分布情况和数值，用二阶四面体网格建模，模型如图2所示。材料为线弹性钢（弹性模量210Gpa，泊松比0.3，密度7800Kg/m^3）。三种分析方法采用相同

的网格模型，共计60837个单元，10多万个节点，单元基本尺寸4mm

D

C A

图1 典型的双横臂悬架 图2 有限元模型

3 工况载荷

运用MSC ADAMS/CAR整车模拟，可以得到控制臂各连接点的载荷。为了比较不同方法的差异，这里选取了4种工况进行对比，各工况具体参数如表1所示。

表1各工况荷载

F(N) M(Nmm)

X Y Z X Y Z

A -1.08E+04 1.34E+044011 310.8 24.03 -8.206

B 125.6 -1.09E+04-690.8 310.8 24.03 -8.206

C -1182 880.1 -1.03E+04 2.84E+044468 622.4

CASE1

D 1.18E+04 -3437 7037 0.00015720 -0.0002785

A 1.57E+03 7.79E+025427 556.2 50.55 29.77

B 8.151 8.41E+02758.6 556.2 50.55 29.77

C -2781 6233 -1.79E+04 4.83E+04 1.92E+04 -1.77E+04

CASE2

D 1.20E+03 -7899 1.18E+040.00026750 0

A 2.16E+03 -1.08E+043582 444 40.84 27.05

B 8.978 4.97E+02608.7 444 40.84 27.05

C -2050 3603 -1.53E+04 4.01E+04 1.04E+04 -2.60E+03

CASE3

D -1.16E+02 6704 1.12E+040.00022180 0

A 4.91E+03 -3.83E+032156 60.46 5.177 15.35

B -186.8 4.57E+03718.3 60.46 5.177 15.35

C -692.8 -1157 -7.72E+03 5.26E+03 1.45E+03 -9.94E+02

CASE4

D -4.03E+03 419.6 4.93E+030.00010350 0

4 分析方法

该下横臂有四个连接点，这里采用三种方法来对比分析，分别是1)惯性释放、2)约束A、B和C三点以及3)约束A、B和D。根据处理不同，分别施加相应的载荷，可以得到不同的分析结果。

5 分析结果

对于结果的比较，主要从两个方面，一是应力水平，二是应力分布。图3-6为使用方法1—惯性释放的应力云图。图7-10为方法2的应力云图，方法3的云图分布同方法1。

图3 方法1 CASE1应力云图 图4 方法1 CASE2应力云图

图5 方法1 CASE3应力云图 图6 方法1 CASE4应力云图

图7 方法2 CASE1应力云图 图8 方法2 CASE2应力云图

图9 方法2 CASE3应力云图 图10 方法2 CASE4应力云图

与采用约束的方法不同，惯性释放分析不引入附加约束，其载荷通过一组平动和转动加速度来平衡，该加速度来自于结构的体力。这种分析可以得到准静态的应力结果和变形。在MSC ADAMS/CAR整车模拟中得到的硬点载荷其实并不是完全平衡的，其模拟过程中存在很小的加速度。运用惯性释放分析时，软件内部处理会补偿这样的不完全平衡性。

图11-14为三种分析方法在四种工况下的应力水平的比较。从图中可以看出，方法1和方法3的结果非常相近，而方法2的结果相差的比较大，四种工况下，三种工况结果偏大，第四种工况下结果偏小。由于方法1采用的是惯性释放，而载荷根据MSC ADAMS/CAR模拟得到，可以认为该方法获得的结果比较准确可靠，相应的，方法3也可以达到基本相同的应力水平。

图11CASE1 应力结果比较 图

12CASE2 应力结果比较

图13 CASE3 应力结果比较图14 CASE4 应力结果比较