某越野車其前懸架為扭桿式雙橫臂獨立懸架，后橋是四連桿可變剛度螺旋彈簧整體橋式，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是能夠在保證越野能力的同時提供令人滿意的行駛舒適性；但該車在實車試驗過程中，車架縱梁在與扭桿彈簧連接的支架處易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了整車的使用壽命和駕駛員的安全。

    文獻(xiàn)[1]對汽車底盤的有限元模型進(jìn)行了更新，但是未涉及更新的原因和必要性；文獻(xiàn)[2]對摩托車車架有限元優(yōu)化設(shè)計的理論方法進(jìn)行了研究，但是未得到驗證和實用；文獻(xiàn)[3]對雙橫臂扭桿式獨立懸架系統(tǒng)的運動分析方法進(jìn)行了研究，未涉及有限元分析。

    本文擬基于Hyperworks軟件對該車架的單邊縱梁和扭桿彈簧連接的支架處的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，以找出開裂的原因所在，并對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)式改進(jìn)設(shè)計。

1 縱梁開裂有限元建模與分析

1．1模型的建立

    某越野車車架為雙縱梁結(jié)構(gòu)(見圖1)，從實際車架結(jié)構(gòu)到有限元分析模型，采取了適當(dāng)?shù)暮喕幚?，如略去某螳非承載構(gòu)件，取約束、載倚作用點處為單元節(jié)點等。

圖1雙縱粱結(jié)構(gòu)

    一般對汽車車架進(jìn)行有限元分析時，建立有限元模型大都采用粱單元模型，應(yīng)用該種模型可以得到較好的變形結(jié)果，但其應(yīng)力分析的能力卻是有限的；梁單元不能很好地描述較為復(fù)雜的車架結(jié)構(gòu)。也不能很好地反映橫梁與縱梁接頭區(qū)域的應(yīng)力分布，且忽略了扭轉(zhuǎn)時截面的翹曲變形，使采用梁單元模型對車架進(jìn)行有限元分析的結(jié)果比較粗糙?；谝陨显颍疄榱颂岣叻治鲇嬎憔龋治瞿Ｐ筒捎靡詓hell單元為基本單元的有限元分析模型。根據(jù)陸風(fēng)X6汽車車架的結(jié)構(gòu)特點經(jīng)過適當(dāng)簡化處理后，建立相應(yīng)的有限元分析模型。分析模型中單元網(wǎng)格的劃分及所采用單元的大小直接影響計算的精度。

    文中大部分單元采用80 mm X80 mm左右的矩形板單元，稱為一般單元；對特殊結(jié)構(gòu)，如連接部分、截面變化區(qū)域和可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方，采用20 mm X20 mm左右的矩形板單元，稱為細(xì)化單元；一般單元與細(xì)化單元之間采用三角形板單元連接，稱為過渡單元。根據(jù)以上單元劃分原則，在橫梁與縱梁接頭區(qū)域、截面變化區(qū)域，以及可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方采用細(xì)化單元，其他區(qū)域采用一般單元；一般單元與細(xì)化單元之間采用過渡單元連接。文中主要研究車架縱粱與扭桿彈簧連接的支架處的開裂原因，故利用Hyperworks軟件對該車架的單邊縱梁和扭桿彈簧連接的支架處的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，找出開裂的原因所在。整個模型被離散為7812個板單元，8227個結(jié)點，圖2所示為有限元分析模型，對車架的靜應(yīng)力分析就是在該模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

圖2有限元分析模型

1．2邊界條件載荷的簡化及加載方法

    對車架進(jìn)行靜態(tài)分析，必須考慮車架的約束情況。從而消除車架的剛體位移。由于本文主要是研究單邊縱梁和扭桿彈簧連接的支架處的強(qiáng)度問題，故邊界約束點確定在改車架縱梁上，將懸架與車架連接處的結(jié)點在水平面(z，y兩個方向)的兩個方向平移自由度確定為剛性約束，z方向的平移自由度確定為彈性約束．約束點的其余三個旋轉(zhuǎn)自由度都未加約束。

    將作用在車架上的外載荷簡化為等效載荷加到車架的相應(yīng)部位上。對于簡化后的縱梁和扭桿彈簧支架模型，載荷主要是地面對輪胎的反作用力通過扭桿彈簧前獨立懸架傳遞給支架。根據(jù)越野車前輪跳動量，確定扭桿彈簧的扭轉(zhuǎn)角度，然后根據(jù)扭桿彈簧的剛度計算得到扭桿彈簧傳遞到支架處的作用力。作用力的方向為垂直于扭桿彈簧的支架，方向向下，如圖3所示。

圖3扭桿彈簧支架受力圖