1 前言

SGB后橋是我公司最新開發(fā)的一款后橋，在產(chǎn)品試驗(yàn)中，該橋局部出現(xiàn)開裂問題。本文既是針對問題展開的分析及改進(jìn)，疲勞壽命分析歷來是CAE分析的難點(diǎn)，因?qū)嶋H影響疲勞壽命的工藝因素很多，計(jì)算壽命值很難與試驗(yàn)壽命值吻合，本文也對此進(jìn)行了一些嘗試性分析，以對該橋的進(jìn)一步改進(jìn)提供借鑒。

為了適應(yīng)越來越激烈的市場競爭，滿足不同客戶的不同需求，快速開發(fā)出適合市場需求的高性價比的產(chǎn)品是每個公司追求的目標(biāo)，CAE技術(shù)也因此在眾多企業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

2 有限元模型的建立

要得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，那么有限元模型的簡化就要和實(shí)際結(jié)構(gòu)非常的接近。根據(jù)該后橋的特點(diǎn)，我們對該橋做了簡化處理，為減小計(jì)算量，省略掉一些對分析結(jié)果影響不大的零件；該橋采用實(shí)體網(wǎng)格劃分，經(jīng)此簡化后的有限元模型共有749486個節(jié)點(diǎn)，234506個單元，見圖1。 根據(jù)實(shí)際情況擬定的改進(jìn)方案如圖2。

3 約束與載荷

3.1 約束

該橋的邊界條件主要處理在兩邊套管上。

3.2 載荷

車橋的受力情況比較復(fù)雜，但仔細(xì)分析后車橋所受的載荷就性質(zhì)而言主要就是彎曲、扭轉(zhuǎn)、側(cè)向和縱向載荷幾種。彎曲載荷主要是來自車身的重量，扭轉(zhuǎn)載荷產(chǎn)生與不平路面對車輪的影響從而導(dǎo)致車橋的扭轉(zhuǎn)，側(cè)向和縱向載荷主要來自于汽車轉(zhuǎn)彎、加速和減速時對車橋造成的影響。

4 計(jì)算工況分類

本文采用如下五種工況以模擬后橋相應(yīng)試驗(yàn)過程：

工況一(垂向交變扭轉(zhuǎn)工況): 模擬汽車在不平路面行駛時兩車輪一高一低的情況。

工況二(縱向加速彎曲工況)：模擬加速時后橋的受力情況。

工況三(縱向減速彎曲工況): 模擬減速時后橋的受力情況。

工況四(側(cè)向轉(zhuǎn)彎工況)：模擬轉(zhuǎn)彎時后橋的受力情況。

5 計(jì)算結(jié)果及結(jié)果分析

5.1 原結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)果

通過計(jì)算表明橫梁根部和縱梁與套管連接處的應(yīng)力值較大，具體結(jié)果參見各工況應(yīng)力云圖。

工況1：由應(yīng)力分布云圖上可以看出，應(yīng)力較大的部分出現(xiàn)在橫梁與縱梁的連接處，與實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)開裂的部分基本吻合。疲勞壽命最短的部分也是出現(xiàn)在該處。

工況2：由應(yīng)力分布云圖可以發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力處與最短壽命處出現(xiàn)在縱梁與套管的連接處，橫梁與縱梁連接處的應(yīng)力也較大.而其他部分的強(qiáng)度以及疲勞壽命均基本滿足要求。

工況3：由應(yīng)力分布云圖可以發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力處與最短壽命處也是均出現(xiàn)在套管與縱梁的連接處，橫梁與縱梁的連接出應(yīng)力也較大.而其他部分的強(qiáng)度以及疲勞壽命則均基本滿足要求。

工況4：由應(yīng)力分布云圖可以發(fā)現(xiàn)，加載處應(yīng)力值較大，但是最大應(yīng)力與最短疲勞壽命處還是出現(xiàn)在橫梁與縱梁的連接處。

通過強(qiáng)度計(jì)算表明各工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大的部位主要都出現(xiàn)在橫梁根部，與實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)開裂的部位基本吻合。因此橫梁根部的強(qiáng)度不足是導(dǎo)致該車橋開裂的主要原因。

5.2 改進(jìn)方案及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算分析結(jié)果，為了改善橫梁與縱梁連接處的應(yīng)力狀況，我們做了如下改進(jìn)：在橫梁和縱梁連接處兩側(cè)增加加強(qiáng)件。改進(jìn)處如圖2所示。

5.3改進(jìn)前后最大應(yīng)力值比較

由于本文采用的是線性分析，并且在幾何模型傳遞過程中，由于時間關(guān)系局部存在模型尖角沒有很好處理，因此導(dǎo)致結(jié)果數(shù)值較大，實(shí)際結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)這么大的應(yīng)力值，因此我們只對改進(jìn)前后的最大應(yīng)力值變化進(jìn)行考評，以判斷改進(jìn)方案是否有效可行。改進(jìn)前后最大應(yīng)力值見下表：

5.4 改進(jìn)前后疲勞壽命值比較

由上表我們可以看出，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)相比原來的結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值下降很多，在實(shí)際工作中經(jīng)常出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)情況最大應(yīng)力值顯著下降,疲勞壽命成倍增長,同時改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)過程中也沒再出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象，說明改進(jìn)結(jié)構(gòu)有效可行。

6 結(jié)論

由于建模時留下的幾何尖角導(dǎo)致分析計(jì)算時局部會出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以對該車橋最大應(yīng)力值及疲勞壽命值僅供參考，只作為判斷改進(jìn)方案是否有效的依據(jù)。

本文通過采用ANSYS Workbench有限元軟件對SGB型后橋的分析，說明有限元技術(shù)在汽車部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)的實(shí)用性，隨著有限元技術(shù)在汽車領(lǐng)域的不斷發(fā)展，必定會在以后的開發(fā)設(shè)計(jì)和改進(jìn)中發(fā)揮越來越廣泛的作用。

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