
20世紀70年代,在車輛中出現了扭力梁式懸架,至今該種懸架結構仍被廣泛應用,特別是應用于前輪驅動的中小型家庭轎車的后懸架系統,其主要包含4部分:承受主要垂向和側向力的矩扭轉橫梁,焊接在扭轉橫梁左右兩側的縱向擺臂,在縱向擺臂前端連接車身的彈性元件及支架,彈簧減振器系統。拖曳臂式懸掛既有非獨立懸掛存在的缺點,又有獨立懸掛的優點。扭力梁式懸架主要優點:(1)從安裝角度來看,車輛中安裝整個懸架的空間小,不需要控制臂和桿,只有少量部件需要裝配,一體的彈簧減振器或分開的減振器和彈簧容易匹配,容易安裝和拆卸。(2)從懸架匹配角度來看,有一個有利的從車輪中心到彈簧的傳動比,只有兩個襯套安裝點,它們幾乎對車輪跳動沒有影響。(3)從運動學角度來看,在側向力工況下有較低的外傾改變,有較低的側傾不足轉向特性,有較好的縱傾軸線位置,它能降低制動時車尾抬起量。橫梁還具有穩定桿的功能。而其主要缺點是:由于控制臂的變形,具有側向力過度轉向傾向;橫梁中具有扭轉和剪切應力;焊縫中具有較高的應力;允許的后軸載荷受到后軸強度的限制。在運動學上,確定的車輪位置限制了懸架運動學和彈性運動學的變化,瞬時中心位置的確定依賴于軸的運動和扭力梁的剛度,車輪相互影響。另外由路面引起的振動和噪聲很難減弱。汽車后橋總成作為車輛的一個重要承載部件,傳遞著車架與路面之間各個方向的作用力,其質量對車輛的安全性和可靠性具有重要影響。因而,本研究基于某轎車扭桿梁式后橋的實際結構,采用Hyperworks、abaqus對該后橋進行了有限元分析建模,按照整車在3種工況下的受力特征,對該后橋進行強度分析計算與評價。
一個完整的有限元分析包括有限元幾何模型的建立、劃分網格、定義材料特性、定義邊界條件、定義單元的物理屬性,然后進行分析運算,最后輸出分析結果。在Hypermesh軟件中,導入UG建好的三維實體模型。由于扭力梁是對稱部件,且要保證網格左右對稱性,只對扭力梁一半進行幾何處理,利用Hypermesh抽取中位面,對所有的鈑金件進行一次性抽取中位面,抽取后要考慮對幾何模型進行簡化處理和幾何清理,以便于劃分優質的網格進行分析。Hypermesh軟件中進行幾何清理主要內容包括簡化模型的幾何細節、幾何修復和拓撲改進。通過幾何清理除去小孔、錯位和不需要的細節,修復模型的錯誤,壓縮兩相鄰曲面的公共邊界,這些措施有利于網格的劃分,能夠保證網格的正確連接,可獲取高質量的網格樣式,以提高整個結構網格劃分的質量和速度,其計算精度也可以得到提高。劃分網格是建立有限元模型時非常重要的一個步驟,網格劃分好壞將直接影響分析的精確程度,同時也要考慮模型的計算時間,由于扭力梁由沖壓散件焊接而成,因此有限元模型采用殼單元對后橋進行網格劃分,采用Hypermesh中的2D面板中的automesh工具自動劃分二維單元,對于扭桿實體零件,為了保證網格的精度,在這里采用六面體單元進行網格劃分。
為保證有限元分析計算的精度,對于面單元一定要檢查單元的質量,以免質量較差的網格單元影響分析結果精度,更有甚者模型就計算不下去。影響網格2D單元網格質量的因素主要是:翹曲度、長寬比、雅克比、扭曲角和四邊形最大角、最小角,以及三角形單元所占比例、最大角、最小角,表示單元內各個積分點處的雅克比矩陣值中最小值與最大值之比,通常雅克比大于0.7時,是可以接受的;翹曲度表示在四邊形中,沿對角線分割成的兩三角形所在平面的夾角,單元的翹曲在有限元模型中是被允許的,但不能超過一定的界限,翹曲太大會影響網格的精度,此外,其他的一些網格指標也應控制在一定的范圍內,具體的控制數據如表所示。
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