SGB型后桥有限元分析

作者：辽宁曙光汽车集团 何春辉 郭迎春 闫维 魏强 赵庆禹

欢迎访问e展厅 展厅 3 传动/转向/制动系统展厅 变速箱, 离合器, 制动系统... 摘 要：本文针对SGB型后桥在开发过程中，经试验后发现车桥存在局部强度不足的情况，并针对此情况进行了改进，我们采用ANSYS Workbench有限元分析软件对改进前后的后桥进行了计算分析比较，同时对该后桥的疲劳寿命也进行了尝试性分析。 关键词：车桥 改进 有限元 1 前言 为了适应越来越激烈的市场竞争，满足不同客户的不同需求，快速开发出适合市场需求的高性价比的产品是每个公司追求的目标，CAE技术也因此在众多企业中得到了越来越广泛的应用。 SGB后桥是我公司最新开发的一款后桥，在产品试验中，该桥局部出现开裂问题。本文既是针对问题展开的分析及改进，疲劳寿命分析历来是CAE分析的难点，因实际影响疲劳寿命的工艺因素很多，计算寿命值很难与试验寿命值吻合，本文也对此进行了一些尝试性分析，以对该桥的进一步改进提供借鉴。 2 有限元模型的建立 要得到准确的计算结果，那么有限元模型的简化就要和实际结构非常的接近。根据该后桥的特点，我们对该桥做了简化处理，为减小计算量，省略掉一些对分析结果影响不大的零件；该桥采用实体网格划分，经此简化后的有限元模型共有749486个节点，234506个单元，见图1。 根据实际情况拟定的改进方案如图2。 3 约束与载荷 3.1 约束 该桥的边界条件主要处理在两边套管上。 3.2 载荷 车桥的受力情况比较复杂，但仔细分析后车桥所受的载荷就性质而言主要就是弯曲、扭转、侧向和纵向载荷几种。弯曲载荷主要是来自车身的重量，扭转载荷产生与不平路面对车轮的影响从而导致车桥的扭转，侧向和纵向载荷主要来自于汽车转弯、加速和减速时对车桥造成的影响。 4 计算工况分类 本文采用如下五种工况以模拟后桥相应试验过程： 工况一(垂向交变扭转工况): 模拟汽车在不平路面行驶时两车轮一高一低的情况。 工况二(纵向加速弯曲工况)：模拟加速时后桥的受力情况。 工况三(纵向减速弯曲工况): 模拟减速时后桥的受力情况。 工况四(侧向转弯工况)：模拟转弯时后桥的受力情况。 5 计算结果及结果分析 5.1 原结构静力分析结果 通过计算表明横梁根部和纵梁与套管连接处的应力值较大，具体结果参见各工况应力云图。 工况1：由应力分布云图上可以看出，应力较大的部分出现在横梁与纵梁的连接处，与实验中出现开裂的部分基本吻合。疲劳寿命最短的部分也是出现在该处。 工况2：由应力分布云图可以发现，最大应力处与最短寿命处出现在纵梁与套管的连接处，横梁与纵梁连接处的应力也较大.而其他部分的强度以及疲劳寿命均基本满足要求。 工况3：由应力分布云图可以发现，最大应力处与最短寿命处也是均出现在套管与纵梁的连接处，横梁与纵梁的连接出应力也较大.而其他部分的强度以及疲劳寿命则均基本满足要求。 工况4：由应力分布云图可以发现，加载处应力值较大，但是最大应力与最短疲劳寿命处还是出现在横梁与纵梁的连接处。 通过强度计算表明各工况结构应力较大的部位主要都出现在横梁根部，与实验中出现开裂的部位基本吻合。因此横梁根部的强度不足是导致该车桥开裂的主要原因。 5.2 改进方案及计算结果 根据实验和计算分析结果，为了改善横梁与纵梁连接处的应力状况，我们做了如下改进：在横梁和纵梁连接处两侧增加加强件。改进处如图2所示。 5.3改进前后最大应力值比较 由于本文采用的是线性分析，并且在几何模型传递过程中，由于时间关系局部存在模型尖角没有很好处理，因此导致结果数值较大，实际结构不会出现这么大的应力值，因此我们只对改进前后的最大应力值变化进行考评，以判断改进方案是否有效可行。改进前后最大应力值见下表： 5.4 改进前后疲劳寿命值比较 由上表我们可以看出，改进后的结构相比原来的结构最大应力值下降很多，在实际工作中经常出现的扭转情况最大应力值显著下降,疲劳寿命成倍增长,同时改进后的结构在试验过程中也没再出现早期开裂现象，说明改进结构有效可行。 6 结论 由于建模时留下的几何尖角导致分析计算时局部会出现不同程度的应力集中现象，所以对该车桥最大应力值及疲劳寿命值仅供参考，只作为判断改进方案是否有效的依据。 本文通过采用ANSYS Workbench有限元软件对SGB型后桥的分析，说明有限元技术在汽车部件结构设计和改进的实用性，随着有限元技术在汽车领域的不断发展，必定会在以后的开发设计和改进中发挥越来越广泛的作用。 【参考文献】 [1] 蔡志武、陈洁、史英明《某型车后桥壳的分析研究》 2004ANSYS中国用户论文集(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/13/2007)