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懸架是車(chē)架與車(chē)橋或承載式車(chē)身與車(chē)輪之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng)，其性能直接影響整車(chē)的安全性、可靠性。后懸架系統(tǒng)是否滿(mǎn)足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要，對(duì)整車(chē)的性能起到關(guān)鍵作用。有限元分析技術(shù)為快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)目標(biāo)提供了可能。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，在汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段引入有限元模擬技術(shù)，而不再是僅憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)或修改結(jié)構(gòu)，減少了昂貴的樣件生產(chǎn)和測(cè)試的次數(shù)，大大縮短設(shè)計(jì)周期和節(jié)省產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。某工程車(chē)斷開(kāi)式后懸架系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，借助于有限元技術(shù)通過(guò)對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果的分析比較，選出滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化并舉的最佳懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而既經(jīng)濟(jì)又快速地實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際目標(biāo)。
最為流行的CAE分析軟件之一，HyperWorks因其擁有其它分析軟件所無(wú)法比擬的前、后處理功能，越來(lái)越廣泛的被運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域。首先在有限元軟件Hypermesh的前處理平臺(tái)上，建立后懸架系統(tǒng)完整的三維實(shí)體模型。后懸架系統(tǒng)包括車(chē)架，平衡軸，平衡軸支架，鑄造橫梁，橫梁加強(qiáng)板及下連接板，由于后懸架系統(tǒng)空間布局的復(fù)雜性，建模時(shí)要注意局部坐標(biāo)和整體坐標(biāo)的調(diào)整，這樣能夠大大減小確定各部件總成相對(duì)位置和坐標(biāo)的工作量。兩個(gè)后懸架系統(tǒng)的區(qū)別見(jiàn)圖，為了減少平衡軸支架對(duì)安裝孔的干涉，后懸架系統(tǒng)的平衡軸支架增加了寬度。
在將兩個(gè)實(shí)際后懸架系統(tǒng)的三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為有限元計(jì)算模型時(shí)，對(duì)車(chē)架進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化處理，以降低有限元計(jì)算模型中的單元數(shù)。車(chē)架的骨架比較大，在總的外形尺寸保持不變的情況下，縮短車(chē)架長(zhǎng)度，并對(duì)兩端進(jìn)行約束。車(chē)架，橫梁加強(qiáng)板及下連接板，在計(jì)算模型中利用四邊形的殼單元模擬，大小控制在6mm。其他比較厚重的結(jié)構(gòu)承載件則全部采用四面體的實(shí)體單元，大小控制在5mm。后懸架系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)件的材料選用見(jiàn)表。在靜載條件下計(jì)算后懸架系統(tǒng)的變形及其應(yīng)力分布時(shí)，是相對(duì)于車(chē)輛的靜平衡位置，為了突出后懸架系統(tǒng)本身的變形狀況，在計(jì)算模型中，將簡(jiǎn)化車(chē)架端面的所有自由度加以約束，以限制后懸架系統(tǒng)的剛體位移。后懸架系統(tǒng)承受的載荷，可以分為車(chē)輛動(dòng)力裝置作用在平衡軸支架下端連接孔的作用力與車(chē)輪對(duì)平衡軸的重力載荷。車(chē)輛動(dòng)力裝置對(duì)懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的載荷平均分布在平衡軸支架下端的連接孔上。車(chē)輪重力靜載荷均勻分布在其平衡軸的四段承載面上。
在設(shè)定的后懸架系統(tǒng)有限元計(jì)算模型的邊界條件下，計(jì)算靜力載荷作用時(shí)后懸架系統(tǒng)的應(yīng)力和位移分布狀態(tài)，具體見(jiàn)圖，位移均發(fā)生在平衡軸外端面，位移小于0.5mm。后懸架系統(tǒng)的最大應(yīng)力為267MPa，最大應(yīng)力點(diǎn)位于平衡軸與平衡軸支架的上接觸面，如圖所示；后懸架系統(tǒng)的最大應(yīng)力為271.6MPa，最大應(yīng)力點(diǎn)位于平衡軸與平衡軸支架的下接觸面處，如圖所示。同時(shí)關(guān)注鑄造橫梁，平衡軸支架及平衡軸的應(yīng)力分布情況，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。從后懸架系統(tǒng)及各個(gè)結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分布狀況可以看出，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值顯著小于材料的屈服強(qiáng)度，且安全系數(shù)均大于1，說(shuō)明兩個(gè)后懸架系統(tǒng)及相應(yīng)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且后懸架系統(tǒng)的安全系數(shù)相對(duì)較高。在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求下，輕量化的需求也是日益受到關(guān)注，而后懸架系統(tǒng)的質(zhì)量較后者輕。通過(guò)對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果的分析比較，后懸架系統(tǒng)成為滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化要求下的較優(yōu)結(jié)構(gòu)。
(1)兩種后懸架系統(tǒng)及各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且后懸架系統(tǒng)的安全系數(shù)相對(duì)較高。(2)比較兩種后懸架系統(tǒng)的質(zhì)量，后懸架系統(tǒng)的質(zhì)量較后者輕6kg。(3)通過(guò)對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果的分析比較，后懸架系統(tǒng)為滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化要求下的較優(yōu)結(jié)構(gòu)。
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