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轻型汽车技术2011(3)总259
技术纵横
Abaqus在轻型商用车后桥总成强度分析中的应用
柯龙慈沈磊程志刚何润华
(上汽商用车技术中心
摘要
汽车后桥总成作为车辆的一个重要的承载部件,其质量对车辆的安全性和可靠性具
有重要影响。本文以某款轻型商用车后桥总成为分析对象,利用有限元软件 Abaqus对后
桥总成的结构强度进行了非线性有限元分析,分别模拟了转向工况和垂直跳动工况,分
析结果表明后桥总成满足结构强度设计要求
关键词: Abaqus后桥总成强度分析
1前言
Abaqus被广泛地认为是功能最强的有限元软
件,可以分析复杂的固体力学结构力学系统,特别
汽车后桥总成作为车辆的一个重要的承载部是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线
件,传递着车架与路面之间各个方向的作用力,其质性问题。 Abaqus不但可以做单一零件的力学和多物
量对车辆的安全性和可靠性具有重要影响。因而,对理场的分析,同时还可以做系统级的分析和研究
其进行结构强度分析具有非常重要的意义。有限元由于 Abaqus优秀的分析能力和模拟复杂系统的
前处理软件 Hypermesh是一款高效快捷的网格处理靠性使其被广泛地用于各国的工业和研究中。
软件,针对复杂模型可以很方便地生成高质量的网
本文以某款轻型商用车后桥总成作为分析对
格。同时 Hypermesh与CAD软件、求解软件都有丰象,利用 Hypermesh软件作为前处理软件,有限元
富的接口。有限元软件 Abaqus针对复杂的非线性问软件 Abaqus作为求解器,对后桥总成的结构强度
题提供了强大的有限元理论解决方案,可以方便地进行了接触非线性有限元分析,分别模拟了转向工
解决汽车仿真分析中的各种问题,被广泛应用于汽况和垂直跳动工况,得到后桥总成的应力分布情
车整车、子系统及零部件的仿真分析中。
况。分析结果表明,后桥总成能够满足结构强度的
本研究选用 Hyper Works作为前后处理工具,设计要求。
Abaqus求解器对汽车座椅塑料件进行有限元分析。
Hypermesh软件是美国 Altair公司的产品,是世界领
2分析描述
先的、功能强大的CAE应用软件包,也是一个创新、
2.1理论背景
开放的企业级CAE平台,它集成了设计与分析所需
2.1.1弹性力学的基本方程
的各种T具,具有强大的性能以及高度的开放性、灵
(1)平衡方程
F=
活性和友好的用户界面。在CAE领域, Hyper Mesh
(2)几何方程:8=(ルw+以
最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处
理和后处理功能。同时 Hypermesh支持很多不同的
(3)本构方程:s=1+U-8o
求解器输入输出格式,这样在利用 Hypermesh划分
好模型的有限元网格后,可以直接把计算模型转化
其中=oi
如果解出应力oi,则上式可以转换为:
成不同的求解器文件格式。
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2.1.3弹性体的应变能利和余能
单位体积的应变能(应变能密度):
求解弹性力学的控制方程的目的在于求出物体
内各点的应力场和位移场。
2.1.2边界条件
应变能是个正定函数,只有当弹性体内所有的
弹性体V的全部边界条件为S。一-部分边界条点都没有应变时,应变能才为零。
件上已知外力T、TT2,称为力的边界条件,这部分边
单位体积的余能(余能密度)
界条件用S。表示;另一部分边界上弹性体的位移
已知,称为几何边界条件或位移边界条件
这部分边界条件用S表示。这两部分的边界条件构
余能也是个正定函数,在线弹性力学中弹性体
成弹性体的全部边界,即
的应变能等于余能。
2.2有限元模型
(1)力的边界条件
本分析针对某款轻型商用车后桥总成的结构
强度进行,分析模型包括:后桥、板簧座、转向节、轮
给定物体的体力和面力,求在平衡状态下的应毂、轴承、垫圈、螺栓。模型利用 Hypermesh9.0划分
力场和位移场,即所谓边界应力已知的问题。
弾性体在边界上单位面积的内力为T,"”,T,在网格、添加边界条件、施加载荷,由 Abaqus6.9求解
边界S上已知弹性体单位面积上作用的面积力为器进行求解并使用 Abaqus/CAE进行后处理。网格
T,T,T2,根据平衡有:
单元类型为C3D10M,节点总数为509732,单元总
T=T(在S。上
数为301032。分析模型如图1所示(模型左右对称)。
其中,T=no
设边界外法线为N,其余弦为n,n,n
(2)几何边界条件
给定物体的体力和物体表面各点的位移,求在
图1后桥总成有限元模型
平衡状态下的应力场和物体内部的位移场,即所谓
2.3材料参数
边界位移已知的问题。
本次仿真分析涉及6种材料,其材料参数如表
在Sa上弹性体的位移已知,根据平衡有:
1所示。
2.4边界条件和载荷
(3)混合边界问题
后桥与板簧座、后桥与转向节、转向节与螺栓
在物体表面上一部分给定面力,其余部分给定均采用Te连接,转向节与轴承、轮毂与轴承、轴承
位移(或在部分表面上给定外力和位移关系)的条与垫圈、垫圈与螺母等采用 contact pair进行连接,
件下求解上述问题。即所谓混合边值问题。
摩擦系数取0.15。本次进行转向和垂直跳动两种工
般处理的方法有
况的仿真计算,分析中,约束左边板簧座螺栓孔中心
①位移法。用位移作为基本未知量来求解边值
表1仿真分析采用的材料参数
问题。将一切位置量和基本方程都转化为用位移表
模型轮毂转向节轴承后桥板簧座螺栓氵垫圈
示(给定位移边界条件)。
②应力法。用应力作为基本未知量来求解边值
材料Q752420-
钢Q420Q420合金钢St2
问题。将一切未知量和基本方程都转换为用应力表ザ169x07x012mx071xmn160
示(给定应力边界条件)。
泊松比10.2750.292,0.2920.292:0.2920.2920.270
③混合法。解决第三类边值问题。