有限元仿真分析在后桥减震器支架设计上的应用

文/刘 超 段圣文（安徽安凯汽车股份有限公司）

客车的后桥减震器支架受冲击强度大，损坏频率高。按照传统的方式只能通过市场反馈来验证其结构强度，无法满足当今的设计需求，如果在大批量订单上出现问题，对生产企业将造成巨大的损失。随着科技的进步，CAE 仿真分析为车辆局部结构的强度验证打开了大门，本文介绍有限元仿真分析在客车的后桥减震器支架的具体应用。

一、模型建立及参数

1.材料参数

后桥槽梁及减震器支架使用的材料为510L 钢材，屈服极限为355MPa。

2.模型参数

部件中网格节点数为687 个，网格数为884 个，Comps 数量为3 个。

3.模型建立及加载

截取后桥局部槽梁和减重器支架，建立模型如图1所示，对减震器支架进行加载，加载力方向沿着减震器轴线方向，后桥槽梁两端进行限位固定设置。

图1 模型建立

二、模型强度分析

本次车辆配置的减震器的充液量为310mL，其最大压缩阻力为1000N，最大拉伸阻力为6500N，由于拉伸阻力比压缩阻力大，故选择最大拉伸阻力6500N 作为加载力设置数。只要最大极限值的强度满足设计要求，就可以保证后桥减震器支架结构设计满足使用要求。按减震器作用力方向在减震器支架处设置6 500N 的拉伸阻力，如图2 所示。

图2 后桥大梁模型及施加6 500N 拉伸阻力

对模型进行分析计算，结果如图3 所示。

图3 后桥大梁强度分析结果

由图3 可以看出，后桥槽梁最大应力为642.4MPa，出现在减震器支架与后桥大梁连接的螺栓孔附近，由于后桥大梁采用的材料为510L，其屈服强度为355MPa，由此可判定此模型方案不能满足使用要求，还需要进一步优化改进。

三、后桥大梁优化分析

1.优化方案

根据之前分析结果对后桥大梁薄弱的位置进行加强优化，在后桥大梁与减震器连接处增加了2 块垫板；同时对减震器支架进行加强优化，增加筋板，增加接触板尺寸。大梁优化后的结构如图4 所示。

图4 后桥大梁优化方案

2.优化后模型强度分析

按减震器作用力方向在减震器支架处设置6 500N的拉伸阻力，进行分析计算，优化后模型分析结果如图5所示。

图5 优化后模型强度分析结果

由图5 可以看出，最大应力为208.1MPa，出现在后桥大梁螺栓孔处，后桥大梁使用材料为510L，其屈服强度为355MPa，安全系数为1.70，故优化后的后桥大梁及减震器支架的强度满足设计要求。

通过对比可以发现优化前的最大应力为642.4MPa，安全系数为0.55；优化后的最大应力为208.1MPa，安全系数为1.7。

四、结语

通过CAE 仿真辅助分析，可以更直观地了解客车关键部件的结构强度，在设计初期就可以精准掌握材料的使用情况，既能满足车辆的使用要求，又可精确控制成本，避免车辆后期运营时出现结构强度不足得问题，提高产品竞争力。