基于MSC Nastran的轻卡车架结构强度分析

摘要： 建立某轻卡车架及其简化悬架的有限元模型，计算车架在弯曲、扭转、制动和转向等4种典型工况下的强度，并对应力较大处进行结构优化.

关键词： 车架； 有限元法； 强度分析； 结构优化； MSC Nastran

中图分类号： U463.832文献标志码： B

0引言

车架是发动机、底盘和车身中各总成件的安装基体，这些总成的质量及其传给车架的力和力矩，可能造成车架强度和疲劳破坏[1-3].传统强度分析只对车架建模，不能反映受载过程中各板簧协调变形对应力分布的影响.[4]

以某正在开发的轻卡为研究对象，应用前处理软件HyperMesh和MSC Nastran求解器，建立车架及简化悬架模型，进行典型工况的静强度分析，并根据计算结果提出多种改进方案，有效避免该车架的强度风险.

1有限元模型

1.1车架及简化悬架模型

该车架为边梁式冲压铆接车架，两侧为2条纵梁，中间为若干条横梁，横梁与纵梁之间用连接板过渡，纵梁、连接板、横梁均采用铆钉连接.根据结构特征，车架薄壁结构均采用三维壳单元离散.

车架通过悬架与车桥连接，为使计算分析中车架的支撑边界符合实际情况，将钢板弹簧等效为一根水平放置的矩形截面梁.对于副簧承力工况，同样按等效矩形截面梁处理，主副簧中点用RBE 2连接，副簧两端点与两限位块之间建立位移约束方程MPC，Uza=Uzb+h （1）式中：Uza为副簧端点z向位移；Uzb为限位块下端面中心点z向位移；h为空载时副簧端点与限位块下端面中心点垂向间距.式（1）使副簧端点与限位块下端面垂向间距保持恒定.

以主从节点将等效梁两端点与相应车架上的钢板弹簧吊耳之间模拟成刚体结构，等效梁宽度W为钢板簧实际宽度，其厚度H=3KL3/（4EW） （2）式中：K为板簧夹紧后垂向刚度；L为板簧压平状态吊耳与卷耳端水平间距；E为等效梁材料弹性模量.

为模拟实际情况，各等效梁中点取为本文模型的支撑点，有限元模型见图1.

3结束语

建立简化悬架模型的车架强度分析，能够准确找到车架结构强度危险部位，根据计算结果采取的优化措施有效降低危险部位应力水平.基于有限元法的车架强度CAE仿真技术，能及时评价提出的改进方案，快速解决问题，大大节约时间和成本.[6]

参考文献：

[1]郑银环， 张仲甫. ANSYS接触分析在钢板弹簧设计中的应用[J]. 武汉理工大学学报， 2009， 31（5）： 752-754.

ZHENG Yinhuan， ZHANG ZhongFu. Application of leaf spring design on ANSYS contact analysis[J]. Journal of Wuhan University of Technology， 2009， 31（5）： 752-754.