CN113420371B - 提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法 - Google Patents

提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于前悬架副车架误用工况仿真分析技术领域，具体涉及提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法；进行有限元分析时首先将前端框架与副车架间刚性连接，前端框架、副车架和车身间刚性连接，约束与副车架连接的车身截面六方向自由度，使用副车架非线性材料，进行有限元仿真计算时分别通过左右两侧单独加载来验证副车架左右两侧的强度性能，本发明中提出的这种约束方式释放了副车架纵向受载时侧向的自由度，允许副车架侧向的变形，更加合理、准确。其次，在副车架进行误用工况分析时考虑副车架材料的非线性，更加准确的反映出副车架在误用工况载荷作用下塑性应变情况，保证副车架左右两侧的强度性能都可以达到要求。

Description

提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法
技术领域
本发明属于前悬架副车架误用工况仿真分析技术领域，具体涉及提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法。
背景技术
目前麦弗逊式前悬架副车架在误用工况有限元仿真过程中存在计算方法不准确导致计算结果不能反映副车架真实应力、应变状态的问题。
在麦弗逊式前悬架副车架误用工况有限元仿真分析中直接影响分析结果主要有三个要素：1、副车架约束方式；2、副车架分析中用到的材料特性；3、副车架的加载方式。
目前对麦弗逊式前悬架副车架有限元仿真分析主要有以下几种情况：1、直接约束副车架与车身连接点123456方向自由度；2、误用工况分析中使用线性材料；3、只对副车架单侧强度进行验证。
采用直接约束副车架与车身连接点123456方向自由度的方式，在副车架受到纵向的载荷时，副车架的侧向变形被限制，这种约束方式对于分析副车架纵向受力时应力应变情况是不合理的。副车架在误用工况中受到很大的纵向载荷，在纵向载荷的作用下副车架可能会有局部的塑性应变，采用线性材料对副车架进行分析不能反映出副车架的真实应变水平。麦弗逊式前悬架结构，转向机可能通过三个固定点连接在副车架安装点上，这就导致前副车架的结构可能不对称，只对副车架进行单侧加载仿真计算，只是验证了副车架单侧的强度性能，并没有验证副车架另一侧的强度性能。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，能够反映出副车架误用工况的真实应力、应变状态，指导设计出合理的副车架结构，达成副车架强度耐久性能。
提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，包括如下步骤：
步骤一，通过有限元前处理软件生成副车架、前端框架、车身的网格模型；
步骤二，根据副车架与前端框架实际的螺栓连接关系以及副车架、前端框架与车身的实际连接位置将各模型进行刚性连接；
步骤三，对车身网格模型和前端框架网格模型赋线性材料属性，对副车架网格模型赋予非线性材料属性；
步骤四，在有限元前处理软件中对车身截面上的所有节点进行约束；
步骤五，在有限元前处理软件中对副车架网格模型左侧施加力的载荷；
步骤六，根据有限元前处理软件的计算结果判断副车架变形是否正确；
步骤七，若副车架变形不正确，需要在有限元前处理软件中检查副车架网格模型、前端框架网格模型、车身网格模型之间的连接关系是否正确并重新调整；检查副车架网格模型材料、前端框架网格模型材料、车身网格模型材料是否正确并重新调整；检查车身网格模型约束条件是否正确；检查副车架网格模型左侧施加力的受力点是否正确并重新调整；重新调整后再次进行步骤六，直至副车架变形正确后再进行步骤八；
步骤八，根据有限元前处理软件的计算结果查看副车架塑性应变计算结果，判断副车架的塑性应变是否超过副车架材料的延伸率，如果副车架塑性应变超过了副车架材料的延伸率，需要对副车架左半部分结构进行改进，反之，说明副车架左半部分结构强度满足误用工况强度要求，不需要改进；
步骤九，在有限元前处理软件中对副车架网格模型右侧施加力的载荷；
步骤十，根据有限元前处理软件的计算结果判断副车架变形是否正确；
步骤十一，如果副车架变形不正确，需要在有限元前处理软件中检查副车架网格模型、前端框架网格模型、车身网格模型之间的连接关系是否正确并重新调整；检查副车架网格模型材料、前端框架网格模型材料、车身网格模型材料是否正确并重新调整；检查车身网格模型约束条件是否正确；检查副车架网格模型右侧施加力的受力点是否正确并重新调整；全部重新调整后再次进行步骤十，直至副车架变形正确后再进行步骤十二；
步骤十二，根据有限元前处理软件的计算结果查看查看副车架塑性应变计算结果，判断副车架的塑性应变是否超过副车架材料的延伸率，如果副车架塑性应变超过了副车架材料的延伸率，需要对副车架右半部分结构进行改进，反之，副车架右半部分结构强度满足误用工况强度要求，不需要改进。
所述步骤一中向有限元前处理软件中导入副车架、前端框架、车身的几何模型，在有限元前处理软件中对副车架的几何模型进行网格划分，生成副车架、前端框架、车身的网格模型。
所述步骤二中在有限元前处理软件中将副车架网格模型与前端框架网格模型在实际螺栓连接的位置刚性连接，再根据副车架、前端框架与车身的实际连接位置，在有限元前处理软件中将副车架网格模型、前端框架网格模型与车身网格模型在相应位置刚性连接。
所述步骤四中在有限元前处理软件中对车身截面上的所有节点进行约束，其中约束的方向包括X、Y、Z三个轴的平动自由度和转动自由度。
所述步骤六中通过有限元前处理软件导出有限元计算文件，提交到有限元求解器中进行计算，在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，判断副车架的变形是否正确。
所述步骤八中在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，查看副车架塑性应变计算结果。
所述步骤九中对副车架右侧受力点进行加载：根据副车架实际受力情况，在有限元前处理软件中对副车架网格模型右侧施加力的载荷，加载位置根据副车架右侧实际受力情况进行判定。
所述步骤十中通过有限元前处理软件导出有限元计算文件，提交到有限元求解器中进行计算，在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，判断副车架的变形是否正确。
所述步骤十二中在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，查看副车架塑性应变计算结果。
本发明的有益效果：
本发明方法通过对副车架进行正确合理的约束、合理使用副车架非线性材料、采用硬点位置的分解载荷分别对副车架左右两侧进行加载验证副车架左右两侧的强度，可以真实反映副车架整体的塑性应变情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示。
提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，
步骤一，导入几何模型进行网格划分；
向有限元前处理软件中导入副车架、前端框架、车身的几何模型，在有限元前处理软件中对副车架的几何模型进行网格划分，生成副车架、前端框架、车身的网格模型；
步骤二，在有限元前处理软件中将副车架与前端框架连接在一起，再将连接在一起的副车架与前端框架和车身连接在一起；
为了模拟副车架与前端框架实际的螺栓连接关系，在有限元前处理软件中将副车架网格模型与前端框架网格模型在实际螺栓连接的位置刚性连接，副车架网格模型与前端框架网格模型在有限元前处理软件中完成连接后，再根据副车架、前端框架与车身的实际连接位置，在有限元前处理软件中将副车架网格模型、前端框架网格模型与车身网格模型在相应位置刚性连接；
步骤三，在有限元前处理软件中对车身网格模型、副车架网格模型和前端框架网格模型赋予相应的材料属性，其中对车身网格模型和前端框架网格模型赋线性材料属性，对副车架网格模型赋予非线性材料属性；
步骤四，在有限元前处理软件中对车身截面上的所有节点进行约束，约束的方向包括X、Y、Z三个轴的平动自由度和转动自由度；
步骤五，根据副车架实际受力情况，在有限元前处理软件中对副车架网格模型左侧施加力的载荷；加载位置根据左侧副车架实际受力情况进行判定；
步骤六，通过有限元前处理软件导出有限元计算文件，提交到有限元求解器中进行计算；
步骤七，判断副车架变形是否正确；
在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，判断副车架的变形是否正确；若副车架变形不正确，需要在有限元前处理软件中检查副车架网格模型、前端框架网格模型、车身网格模型之间的连接关系是否正确并重新调整；检查副车架网格模型材料、前端框架网格模型材料、车身网格模型材料是否正确并重新调整；检查车身网格模型约束条件是否正确；检查副车架网格模型左侧施加力的受力点是否正确并重新调整；重新调整后再次进行步骤六，直至副车架变形正确后再进行步骤八；
步骤八，结果后处理
在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，查看副车架塑性应变计算结果，判断副车架的塑性应变是否超过副车架材料的延伸率，如果副车架塑性应变超过了副车架材料的延伸率，需要对副车架结构进行改进，反之，副车架结构强度满足误用工况强度要求，不需要改进；
步骤九，对副车架右侧受力点进行加载；
根据副车架实际受力情况，在有限元前处理软件中对副车架网格模型右侧施加力的载荷，加载位置根据副车架右侧实际受力情况进行判定；
步骤十，提交有限元分析计算；
通过有限元前处理软件导出有限元计算文件，提交到有限元求解器中进行计算；
步骤十一，判断副车架变形是否正确；
在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，判断副车架的变形是否正确，如果副车架变形不正确，需要在有限元前处理软件中检查副车架网格模型、前端框架网格模型、车身网格模型之间的连接关系是否正确并重新调整；检查副车架网格模型材料、前端框架网格模型材料、车身网格模型材料是否正确并重新调整；检查车身网格模型约束条件是否正确；检查副车架网格模型右侧施加力的受力点是否正确并重新调整；全部重新调整后再次进行步骤十，直至副车架变形正确后再进行步骤十二；
步骤十二，结果后处理
在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，查看副车架塑性应变计算结果，判断副车架的塑性应变是否超过副车架材料的延伸率，如果副车架塑性应变超过了副车架材料的延伸率，需要对副车架结构进行改进，反之，副车架结构强度满足误用工况强度要求，不需要改进。
本发明方法的原理：
进行有限元分析时首先将前端框架与副车架间刚性连接，前端框架、副车架和车身间刚性连接，约束与副车架连接的车身截面123456方向自由度，这样副车架有限元计算结果考虑了前端框架和上部车身的刚度的影响，与直接约束副车架与车身连接点123456方向自由度相比，本发明中提出的这种约束方式释放了副车架纵向受载时侧向的自由度，允许副车架侧向的变形，更加合理、准确。其次，合理使用副车架非线性材料，在副车架进行误用工况分析时考虑副车架材料的非线性，可以更加准确的反映出副车架在误用工况载荷作用下塑性应变情况，更加合理的判定副车架的强度性能。加载时，通过动力学仿真计算，得到加载点在误用工况中的单侧受力情况，对于左右不对称的副车架结构，进行有限元仿真计算时分别通过左右两侧单独加载来验证副车架左右两侧的强度性能，保证副车架左右两侧的强度性能都可以达到要求。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，通过有限元前处理软件生成副车架、前端框架、车身的网格模型；
步骤二，根据副车架与前端框架实际的螺栓连接关系以及副车架、前端框架与车身的实际连接位置将各模型进行刚性连接；
其特征在于还包括如下步骤：
步骤三，对车身网格模型和前端框架网格模型赋线性材料属性，对副车架网格模型赋予非线性材料属性；
步骤四，在有限元前处理软件中对车身截面上的所有节点进行约束；
步骤五，在有限元前处理软件中对副车架网格模型左侧施加力的载荷；
步骤六，根据有限元前处理软件的计算结果判断副车架变形是否正确；
步骤七，若副车架变形不正确，需要在有限元前处理软件中检查副车架网格模型、前端框架网格模型、车身网格模型之间的连接关系是否正确并重新调整；检查副车架网格模型材料、前端框架网格模型材料、车身网格模型材料是否正确并重新调整；检查车身网格模型约束条件是否正确；检查副车架网格模型左侧施加力的受力点是否正确并重新调整；重新调整后再次进行步骤六，直至副车架变形正确后再进行步骤八；
步骤八，根据有限元前处理软件的计算结果查看副车架塑性应变计算结果，判断副车架的塑性应变是否超过副车架材料的延伸率，如果副车架塑性应变超过了副车架材料的延伸率，需要对副车架左半部分结构进行改进，反之，说明副车架左半部分结构强度满足误用工况强度要求，不需要改进；
步骤九，在有限元前处理软件中对副车架网格模型右侧施加力的载荷；
步骤十，根据有限元前处理软件的计算结果判断副车架变形是否正确；
步骤十一，如果副车架变形不正确，需要在有限元前处理软件中检查副车架网格模型、前端框架网格模型、车身网格模型之间的连接关系是否正确并重新调整；检查副车架网格模型材料、前端框架网格模型材料、车身网格模型材料是否正确并重新调整；检查车身网格模型约束条件是否正确；检查副车架网格模型右侧施加力的受力点是否正确并重新调整；全部重新调整后再次进行步骤十，直至副车架变形正确后再进行步骤十二；
步骤十二，根据有限元前处理软件的计算结果查看副车架塑性应变计算结果，判断副车架的塑性应变是否超过副车架材料的延伸率，如果副车架塑性应变超过了副车架材料的延伸率，需要对副车架右半部分结构进行改进，反之，副车架右半部分结构强度满足误用工况强度要求，不需要改进。
2.根据权利要求1所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤一中向有限元前处理软件中导入副车架、前端框架、车身的几何模型，在有限元前处理软件中对副车架的几何模型进行网格划分，生成副车架、前端框架、车身的网格模型。
3.根据权利要求2所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤二中在有限元前处理软件中将副车架网格模型与前端框架网格模型在实际螺栓连接的位置刚性连接，再根据副车架、前端框架与车身的实际连接位置，在有限元前处理软件中将副车架网格模型、前端框架网格模型与车身网格模型在相应位置刚性连接。
4.根据权利要求3所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤四中在有限元前处理软件中对车身截面上的所有节点进行约束，其中约束的方向包括X、Y、Z三个轴的平动自由度和转动自由度。
5.根据权利要求4所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤六中通过有限元前处理软件导出有限元计算文件，提交到有限元求解器中进行计算，在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，判断副车架的变形是否正确。
6.根据权利要求5所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤八中在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，查看副车架塑性应变计算结果。
7.根据权利要求6所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤九中对副车架右侧受力点进行加载：根据副车架实际受力情况，在有限元前处理软件中对副车架网格模型右侧施加力的载荷，加载位置根据副车架右侧实际受力情况进行判定。
8.根据权利要求7所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤十中通过有限元前处理软件导出有限元计算文件，提交到有限元求解器中进行计算，在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，判断副车架的变形是否正确。
9.根据权利要求8所述的提高麦弗逊式前悬架副车架误用工况仿真分析精度的方法，其特征在于所述步骤十二中在有限元后处理软件中打开有限元求解器计算的结果文件，查看副车架塑性应变计算结果。
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