轎車前拖車鉤強(qiáng)度優(yōu)化分析

轎車前拖車鉤強(qiáng)度優(yōu)化分析

作者：張衍成 劉紅艷

來(lái)源：《時(shí)代汽車》 2017年第15期

摘要：以某轎車前拖車鉤為研究對(duì)象，借助于有限元分析軟件Hypermesh，截取部分白車

身，建立前拖車鉤安裝強(qiáng)度分析有限元網(wǎng)格模型，計(jì)算前拖車鉤在直拉載荷和斜拉載荷工況下

的應(yīng)力響應(yīng)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使前拖車鉤及其防撞梁連接板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：前拖車鉤；防撞梁；強(qiáng)度；優(yōu)化分析

1引言

前拖車鉤是車輛出現(xiàn)故障后需要借助外力走出困境的車身牽引裝置，拖車鉤及其防撞梁連

接板都應(yīng)具備足夠的安裝強(qiáng)度，以保證車輛能夠安全的脫離困境[1-2]。在實(shí)際使用過(guò)程中，前

拖車鉤及其防撞梁連接板都將承受較大的拉力，對(duì)車輛的使用性能產(chǎn)生較大的影響，因此在整

車設(shè)計(jì)研發(fā)階段就必須借助于有限元等分析方法對(duì)前拖車鉤進(jìn)行強(qiáng)度優(yōu)化分析，找出設(shè)計(jì)弱點(diǎn)，

進(jìn)而可以避免車輛因前拖車鉤失效而引發(fā)致命的質(zhì)量問(wèn)題。

2有限元模型的建立

前拖車鉤為實(shí)心圓鋼，與拖車鉤管螺紋連接。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，車身薄壁結(jié)構(gòu)采用殼單元離

散，前拖車鉤為六面體的實(shí)體網(wǎng)格。前拖車鉤與管套采用的是RBE2連接，管套與防撞梁的焊縫

也采用的是RBE2連接。本文使用有限元分析軟件Hypermesh建立了前拖車鉤安裝強(qiáng)度分析有限

元網(wǎng)格模型，如圖1所示。

CASE 1為直拉載荷工況，CASE 2為斜拉載荷工況，其作用力分別為Fl和F2，如圖2所示。

F1=（整備質(zhì)量+7人體重+7人行李）／2

F2=（整備質(zhì)量+1人體重+1人行李）／2

4前拖車鉤強(qiáng)度分析

在前拖車鉤處施力，使用求解器Abaqus計(jì)算分析拖車鉤在直拉工況和斜拉工況下加載和卸

載后的殘余變形。在后處理軟件HyperView中觀察位移云圖，如圖3-6所示。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：直拉載荷工況下殘余變形小于3mm，斜拉載荷工況下殘余變形小于6mm，允許發(fā)

生塑性應(yīng)變，但最大應(yīng)力不得超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度。

經(jīng)分析可知：前拖車鉤在直拉載荷工況下，殘余變形大于3mm，斜拉載荷工況下，殘余變

形大于6mm，不合格。

5方案優(yōu)化及分析

要想提高前拖車鉤的強(qiáng)度和抗拉變形能力，需要對(duì)其前防撞梁連接板內(nèi)、外板安裝位置進(jìn)

行優(yōu)化分析。

優(yōu)化方案與原始方案的連接內(nèi)、外板在料厚和材料上均對(duì)應(yīng)一致，其不同之處在于優(yōu)化方

案連接內(nèi)、外板的螺栓安裝孔在Z向上距縱梁表面的距離L均小于原始方案，從而使前拖車鉤

施加拉力時(shí)變形較小。方案對(duì)比圖如圖7所示。

圖7中：紅色實(shí)線為安裝孔中心線；藍(lán)色實(shí)線為縱梁上下表面。圖7．(1)：優(yōu)化方案，防

撞梁連接外板；圖7一(2)：優(yōu)化方案，防撞梁連接內(nèi)板；圖7- (3)：原始方案，防撞梁連接

外板；圖7．(4)：原始方案，防撞梁連接內(nèi)板。

在前拖車鉤處施力，使用求解器Abaqus計(jì)算分析優(yōu)化后的拖車鉤在直拉工況和斜拉工況下

加載和卸載后的殘余變形。在后處理軟件HyperView中觀察優(yōu)化后的位移云圖，如圖8 -11所

示。

經(jīng)分析可知：前拖車鉤在直拉載荷工況下，殘余變形為0.65mm，小于3mm；斜拉載荷工況

下，殘余變形為0.48mm，小于6mm；且兩種工況下材料均未超過(guò)抗拉強(qiáng)度。分析結(jié)論：合格。

優(yōu)化后的方案能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)值，有效地避免了強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)。

6結(jié)語(yǔ)

本文借助于有限元軟件對(duì)某轎車前拖車鉤及防撞梁連接板進(jìn)行強(qiáng)度優(yōu)化分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)

果發(fā)現(xiàn)相關(guān)部件的薄弱點(diǎn)，并針對(duì)具體情況提出了合理有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，能夠有效避免前

拖車鉤在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂、位移過(guò)大等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐中明，徐小飛，萬(wàn)鑫銘，等，鋁合金保險(xiǎn)杠防撞梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，

2013, 49( 8):136-142.

[2]郭怡暉，馬鳴圖，張宜生，等，前防撞梁零件的熱成形試制研究[J]．中國(guó)工程科學(xué)，

2014，16 (1)：76-80.

[3]林程，王文偉，陳瀟凱，汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016．

[4]張偉．汽車碰撞及防撞梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012．

[5]高俊哲，軋制差厚板的沖壓工藝研究及其在汽車前防撞梁的應(yīng)用[D]，大連：大連理工

大學(xué)．2013．

作者簡(jiǎn)介——

張衍成：（1987-），男，漢族，山東泰安人，碩士研究生，汽車維修工技師。研究方向：

汽車檢測(cè)與維修技術(shù)。

劉紅艷：（1980-），女，漢族，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，講師。研究方向：汽車檢測(cè)與

維修技術(shù)。