某副车架疲劳分析

1、某副车架疲劳分析王成龙（上海汇众汽车制造有限公司）摘要: 本文利用MSC.Nastran 及MSC.Fatigue 软件，针对某副车架在选装过程中出现的台架疲劳试验问题，进行应力及疲劳分析，提供了计算参考，使整车厂修改了规范，解决了公司的难题。关键词: 副车架 应力分析 疲劳分析Application of fatigue analysis in frame design(Shanghai HuiZhong Automotive Manufacture Co. Ltd 200122Wang chenglongAbstract This paper applies MSC.Fatigue in

2、computing the frame s fatigue life, provides theory evidence, persuades auto company to change the load case, and resolves our companys question.Keywords Frame Stress Analysis Fatigue Analysis1 特点副车架是车辆底盘系统中的重要安全件，其承载发动机、变速器等动力单元，在车辆实际行驶过程中，副车架承受的载荷是极为复杂的，在设计中要求强度高、可靠性好。相对于不断变换推陈出新的车身来讲，其底盘系统变化不多，所以

3、就出现几种车型共用一种底盘平台的情况。我们公司作为底盘系统供应商，经常出现许多车型共用一种相对稳定的底盘系统，而副车架作为重要的底盘结构件，常常形成一个系列来进行供货，这个过程同样适用于进口车型。我们现在这个副车架分析课题就是来源于这样的背景，实际情况是将高级轿车的副车架稍作改动后将其选装在多功能商务车上，由于车型的改变，带来许多车辆参数发生了改变，台架试验规范比较难以规定，按照原有试验规范进行试验，出现了疲劳次数降低的情况，如果要改动副车架，如何改，如果不改，试验规范如何规定等等，这就是本文要解决的问题。按照实际台架布置情况，模拟实际副车架承载情况，确定分析内容为四种副车架承受纵向载荷时的疲

4、劳寿命有限元分析。2 有限元模型的建立副车架的几何模型主要在UGII 环境里生成，然后由MSC.Patran 直接读入。1） 单元划分考虑到副车架实体特征，本模型直接采用SOLID 模型，同时采用四面体单元划分网格，单元长度为18mm 。2） 材料特性弹性模量2.1x105N/mm2 ，泊松比0.28。3） 约束条件边界条件为副车架所有与车身连接处均为刚性联接。4） 载荷施加施加载荷为制动载荷和加速载荷，制动力为13.9KN ，加速力为 10.3KN ，施加部位为车轮接地点。副车架有限元模型如图1-4所示。 图1 原型副车架有限元模型 图2 2.0L副车架有限元模型 图3 加强副车架一有限元模

5、型 图4 加强副车架二有限元模型3 应力计算结果及分析根据前面的有限元建模，进行静力分析。应力云图如图5-12所示。 图5原型副车架应力云图 图6原型副车架局部应力云图图7 2.0L副车架应力云图图8 2.0L副车架局部应力云图 图9 加强副车架一应力云图图10 加强副车架一局部应力云图 图11 加强副车架二应力云图图12 加强副车架二局部应力云图4 疲劳分析考虑到副车架主要材料为塑性好的低碳钢材料，选取疲劳分析材料为E-N 材料类型的 SAE1008_91_HR，由其代替分析所需的S-N 材料曲线。载荷序列为频率为0.6Hz 、波峰为1、波谷为0.682的正弦载荷，R=-0.682,采用较保

6、守的GOODMAN 方法修正。疲劳寿命云图如图13-20所示。 图13 原型副车架S-N 寿命云图 图14 原型副车架局部S-N 寿命云图 图15 2.0L 副车架S-N 寿命云图 图16 2.0L 副车架局部S-N 寿命云图图17 加强副车架一S-N 寿命云图 图18 加强副车架一局部S-N 寿命云图 图19 加强副车架二S-N 寿命云图 图20 加强副车架二局部S-N 寿命云图5 结论从应力分析上看：原型副车架，最大应力达到149MPa ，应力集中部位达到44MPa;2.0L 副车架，最大应力达到142MPa ，应力集中部位达到60MPa;加强副车架一，最大应力为142MPa ，应力集中部

7、位达到56MPa;加强副车架二，最大应力为142MPa ，应力集中部位达到52MPa;从疲劳分析上看：原型副车架，破坏位于右纵臂根部附近，寿命可以达到9.8x105次；2.0L 副车架，破坏位于右纵臂根部附近，寿命可以达到4.8x105次；加强副车架一，破坏位于右纵臂根部附近，寿命可以达到4.8x105次；加强副车架二，破坏位于右纵臂根部附近，寿命可以达到4.8x105 次。从台架试验上看：原型副车架，疲劳能达到规定要求，试验即停止；2.0L 副车架，破坏较多出现于右纵臂根部附近，寿命可以达到4.8x105次；总之，在相同的加载条件下，原型副车架与其它三种副车架的疲劳性能要好得多，这种情况与设计要求存在距离，不能够达到同一类型系列化的要求。经过我们的分析计算和台架试验，最后整车厂考虑了我们的合理要求，结论是降低了载荷。在新的载荷条件下，我们的台架试验和理论计算都证明了2.0L 副车架与