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車架是發(fā)動機、底盤和車身中各總成件的安裝基體，這些總成的質(zhì)量及其傳給車架的力和力矩，能造成車架有限元分析和疲勞破壞，傳統(tǒng)強度分析只又車架建模，不能反映受載過程中各板簧協(xié)調(diào)變形又應(yīng)力分布的影響。以在開發(fā)的輕卡為研究對象，應(yīng)用前處理軟件HyperMesh和MSC Nastran求解器，建立車架及簡化懸架模型，進行典型工況的靜強度分析，并根據(jù)計算結(jié)果提出多種改進方案，有效避免該車架的強度風險。
該車架為邊梁式?jīng)_壓鉚接車架，兩側(cè)為2條縱梁，中間為若干條橫梁，橫梁與縱梁之間用連接板過渡，縱梁、連接板、橫梁均采用鉚釘連接。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，車架薄壁結(jié)構(gòu)均采用三維殼單元離散。車架通過懸架與車橋連接，為使計算分析中車架的支撐邊界符合實際情況，將鋼板彈簧等效為一根水平放置的矩形截面梁。對于副簧承力工況，同樣按等效矩形截面梁處理，主副簧中點用RBE2連接，副簧兩端點與兩限位塊之間建立位移約束方程MPC。為副簧端點向位移UZ。為限位塊下端面中心點：h為空載時副簧端點與限位塊下端面中心點垂向間距。使副簧端點與限位塊下端面垂向間距保持恒定，以主從節(jié)點將等效梁兩端點與相應(yīng)車架上的鋼板彈簧吊耳之間模擬成剛體結(jié)構(gòu)，等效梁寬度W為式中：K為板簧夾緊后垂向剛度；L為板簧壓平狀態(tài)吊耳與卷耳端水平間距；E為等效梁材料彈性模量。為模擬實際情況，各等效梁中點取為本文模型的支撐點，有限元模型見圖。動力總成和車身質(zhì)量施加到相應(yīng)安裝點，車廂和負載質(zhì)量施加到車架縱梁上翼面接觸車廂底部的所有單元上，困彎曲工況約束兩前輪UX，UZ，兩后輪UX，UY；扭轉(zhuǎn)工況約束左前輪UZ，右前輪UY，這些風險位置是受載較大位置或縱梁截面突變位置，應(yīng)力較大，需進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
原結(jié)構(gòu)在4種工況下的應(yīng)力分布，根據(jù)應(yīng)力分布結(jié)果，找出強度風險較大位置。優(yōu)化措施前橫梁加寬10mm，與縱梁連接的鉚釘孔增加1個，取消前橫梁底部三角形墊板，主要目的是增加車架前端局部扭轉(zhuǎn)剛度，優(yōu)化措施。變速箱懸置橫梁加長，穿過縱梁腹面，與縱梁外腹面焊接，橫梁連接板由4mm加厚至5mm。主要目的是降低懸置橫梁接頭處的應(yīng)力，提升變速箱懸置安裝點剛度，優(yōu)化措施。變速箱懸置橫梁處上下角板改為整體內(nèi)襯，并適當加長，內(nèi)襯兩端切成斜角使過渡平緩，主要目的是增加該部位局部強度，提升車架整體剛度，優(yōu)化措施。后簧前后支座處2根橫梁連接板減短，主要目的是削減結(jié)構(gòu)冗余部位，節(jié)省板材，實優(yōu)化后各工況下整體應(yīng)力水平均有下降，優(yōu)化后各工況應(yīng)力分布，優(yōu)化措施，增加內(nèi)襯板后，車架側(cè)彎部位的強度明顯提高，應(yīng)力水平大約下降40%；優(yōu)化措施。
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