CN114021366A - 一种轻卡车架总成仿真分析方法 - Google Patents

Abstract

一种轻卡车架总成仿真分析方法，包括耐久性相关的车架总成强度分析、NVH性能相关的车架总成刚度分析和车架总成模态分析，车架总成强度分析包括车架整体强度分析、局部零件强度分析，所述车架总成刚度分析包括车架整体刚度分析、局部零件刚度分析，车架总成模态分析包括车架整体自由模态分析、局部零件模态分析。该设计实现了与车架总成的耐久性和NVH性相关的总成及零部件系统且全面的仿真分析。

Description

一种轻卡车架总成仿真分析方法

技术领域

本发明属于汽车耐久性、NVH性能仿真分析领域，具体涉及一种轻卡车架总成仿真分析方法。

背景技术

随着汽车技术发展，用户对载货汽车的要求已不局限于结实耐用，对于整车的噪音、振动和平顺性等NVH性能要求越来越高。作为整车装配基础的车架总成，汽车中的绝大部分零部件都装配在其上，因此，车架总成是影响整车耐久、NVH性能的重要因素。

目前轻卡车架总成的开发流程中，发动机悬置等局部振动零部件的开发虽然可通过仿真软件提前进行性能分析，但车架总成整体性能对整车耐久、NVH性能的影响并无完整系统的仿真分析方法，一般需要通过实车耐久试验、NVH性能评价等方式来检验，不仅本身开发周期长，试验费用高，而且有时需要对车架总成进行多轮的设计更改，其进一步增加了时间周期和开发成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种对与车架总成的耐久性和NVH性相关的总成及零部件进行仿真分析的轻卡车架总成仿真分析方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种轻卡车架总成仿真分析方法，包括车架总成强度分析、车架总成刚度分析、车架总成模态分析，所述车架总成强度分析包括车架整体强度分析、局部零件强度分析，所述车架总成刚度分析包括车架整体刚度分析、局部零件刚度分析，所述车架总成模态分析包括车架整体自由模态分析、局部零件模态分析；

所述车架整体、局部零件强度分析为：先搭建仿真分析结构模型，并确定约束方式和加载方式，然后分析得到各载荷工况的应力云图，判定各零件在不同载荷工况的最大等效应力与其材料强度的关系是否满足设计要求；

所述车架整体刚度分析、局部零件刚度分析为：先搭建仿真分析结构模型，并确定约束方式和加载方式，然后分析得到加载点位移或刚度值，并判定其是否满足设计要求；

所述车架整体自由模态分析为：先搭建仿真分析结构模型，然后在无约束和载荷的条件下分析得出前三阶模态，并判定其是否满足设计要求；

所述局部零件模态分析为：先搭建仿真分析结构模型，确定约束方式，然后分析得出一阶非零模态，并判定其是否满足设计要求。

所述局部零件强度分析包括车架发动机前悬置横梁总成强度分析；

所述车架发动机前悬置横梁总成强度分析为：先搭建由发动机前悬置横梁总成及与其连接的车架左、右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁总成上左、右悬置安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加垂直悬置安装面的载荷，设置冲击、制动、转向三种载荷工况，然后分析得出各工况应力云图，确定横梁最大等效应力是否均小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求。

所述垂直悬置安装面的载荷为动力总成重量与加速度的乘积，所述车架左、右纵梁局部为悬置与纵梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域。

所述车架整体强度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板及悬架支架构成的仿真分析结构模型，使用弹簧单元模拟前后板簧，主簧的垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度给定，其它方向的刚度设为无穷大，副簧的垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度给定，其它方向的刚度设为零，并对驾驶室、发动机和变速箱按集中载荷在其支架上进行加载，油箱、蓄电池在安装位置上进行加载，车厢重量简化为均布载荷，在车架纵梁接触面上加载形成超载、制动、转向、扭转4种载荷工况，然后分析得到各载荷工况的应力云图，确定各工况的最大等效应力是否均小于该处材料的屈服强度，若否，则不满足设计要求。

所述局部零件刚度分析包括车架驾驶室区域局部刚度分析；

所述车架驾驶室区域局部刚度分析为：先搭建由车身前悬置支架、前悬架支架，车架前部前横梁、二横梁、兜梁总成及与之连接的局部左右纵梁构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，使用弹簧单元CBUSH模拟前板簧，约束前悬前后支架，使用刚性连接约束模拟扭杆连接驾驶室左、右悬置支架，在车身右悬置支架扭杆安装中心施加移扭矩，然后分析得出前悬置支架的X向位移、悬置支架安装孔的Z向位移，判定该位移值是否满足设计要求。

所述局部左右纵梁为前悬后支架连接点后200mm区域；

所述移扭矩M采用以下公式计算得到：

M＝K×θ

上式中，K为扭杆刚度，θ为扭杆工作角。

所述局部零件刚度分析还包括车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析，所述局部零件模态分析包括车架传动轴吊挂横梁总成模态分析；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成以及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加反Z向的垂向力，分析得出加载点位移，然后计算得到刚度，确定该刚度值是否大于传动轴中间支承软垫动刚度的10倍，若否，则不满足设计要求；

所述车架传动轴吊挂横梁总成模态分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，然后分析得出传动轴吊挂支架的一阶非零模态h，判定该模态是否满足下述设计要求：

h>1.2×n/60×i

上式中，n为发动机最大转速，i为变速器超速档的传动比。

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度、模态分析中，车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析中，刚度C通过以下公式计算得到：

C＝F/f

上式中，F为Z向垂向力，f为加载点的Z向位移。

所述局部零件强度分析还包括车架传动轴吊挂横梁总成强度分析、车架后减震器横梁总成强度分析；

所述车架传动轴吊挂横梁总成强度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加正Y向且大小为F、反Z向且大小为7F的综合载荷，然后分析得出应力云图，确定传动轴吊挂支架与横梁的最大等效应力是否均小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，所述F采用以下公式计算得到：

F＝(G1+G2)×g/2

上式中，F为传动轴吊挂所受的传动轴的重力，G1、G2分别为汽车传动轴前传、后传的重量，g为重力常数；

所述车架后减震器横梁总成强度分析为：先搭建由后减震器横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁上左、右、后减震器安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加后减震器拉伸方向的载荷F，然后分析得出应力云图，确定后减震器横梁最大等效应力是否小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为横梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，F为后减震器总成最大复原阻尼力。

所述车架整体刚度分析包括车架总成弯曲刚度分析、车架总成扭转刚度分析；

所述车架总成弯曲刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析结构模型，并分别利用前、后桥在车架纵梁上的竖直投影区域做一个MPC(多点刚性约束)，以后桥投影区域约束全部6个自由度，前桥约束Y向移动和Z向移动2个自由度，在纵梁的前、后约束点的中点处翼面上做一个MPC，在该MPC的主节点上，向左、右纵梁均施加一垂直向下的力F/2，然后分析得出加载点位移，并采用下式计算出弯曲刚度Cb，确定该弯曲刚度是否大于设计要求值，若否，则不满足设计要求：

Cb＝F/f

上式中，F为集中载荷，f为载荷点对应的下翼面点的Z向位移；

所述车架总成扭转刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析模型，并利用后桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域做一个MPC以约束6个自由度，前桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域各做一个MPC，在MPC主节点上，向左纵梁施加一垂直向上的力F，向右纵梁施加一垂直向下的力F，然后分析得出加载点位移，并采用下式计算出扭转刚度Ct，确定扭转刚度是否大于设计要求值，若否，则不满足设计要求：

Ct＝L²×π×F/180×h

上式中：F为载荷，L为车架的宽度，h为加载点的Z向位移；

所述整体自由模态分析中，仿真分析结构模型由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种轻卡车架总成仿真分析方法包括车架总成强度分析、车架总成刚度分析、车架总成模态分析，车架总成强度分析包括车架整体强度分析、局部零件强度分析，车架总成刚度分析包括车架整体刚度分析、局部零件刚度分析，车架总成模态分析包括车架整体自由模态分析、局部零件模态分析，本方法不仅涵盖了耐久性相关的车架强度仿真分析、NVH性能相关的车架刚度和模态分析多个维度，而且分析部件既包含车架总成整体，还包含其局部零件，整个方法系统而全面。因此，本发明实现了与车架总成的耐久性和NVH性相关的总成及零部件系统且全面的仿真分析。

2、本发明一种轻卡车架总成仿真分析方法中车架发动机前悬置横梁总成强度分析和车架整体自由模态分析针对轻卡开发中的发动机抖动问题，车架整体强度分析针对轻卡开发中的车架后悬横梁开裂问题，车架驾驶室区域局部刚度分析针对轻卡开发中的驾驶室姿态歪斜问题，车架传动轴吊挂横梁总成刚度和模态分析针对轻卡开发中的传动轴共振问题，从车架设计角度给出了针对性的分析方法，有利于在轻卡设计开发初期阶段针对上述问题进行改善提升。因此，本发明便于在轻卡设计开发初期改善发动机抖动、车架后悬横梁开裂、驾驶室姿态歪斜以及传动轴共振问题。

附图说明

图1为实施例1中车架总成弯曲刚度分析模型。

图2为实施例1中车架总成扭转刚度分析模型。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种轻卡车架总成仿真分析方法，包括车架总成强度分析、车架总成刚度分析、车架总成模态分析，所述车架总成强度分析包括车架整体强度分析、局部零件强度分析，所述车架总成刚度分析包括车架整体刚度分析、局部零件刚度分析，所述车架总成模态分析包括车架整体自由模态分析、局部零件模态分析；

所述车架整体、局部零件强度分析为：先搭建仿真分析结构模型，并确定约束方式和加载方式，然后分析得到各载荷工况的应力云图，判定各零件在不同载荷工况的最大等效应力与其材料强度的关系是否满足设计要求；

所述车架整体刚度分析、局部零件刚度分析为：先搭建仿真分析结构模型，并确定约束方式和加载方式，然后分析得到加载点位移或刚度值，并判定其是否满足设计要求；

所述车架整体自由模态分析为：先搭建仿真分析结构模型，然后在无约束和载荷的条件下分析得出前三阶模态，并判定其是否满足设计要求；

所述局部零件模态分析为：先搭建仿真分析结构模型，确定约束方式，然后分析得出一阶非零模态，并判定其是否满足设计要求。

所述局部零件强度分析包括车架发动机前悬置横梁总成强度分析；

所述车架发动机前悬置横梁总成强度分析为：先搭建由发动机前悬置横梁总成及与其连接的车架左、右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁总成上左、右悬置安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加垂直悬置安装面的载荷，设置冲击、制动、转向三种载荷工况，然后分析得出各工况应力云图，确定横梁最大等效应力是否均小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求。

所述垂直悬置安装面的载荷为动力总成重量与加速度的乘积，所述车架左、右纵梁局部为悬置与纵梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域。

所述车架整体强度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板及悬架支架构成的仿真分析结构模型，使用弹簧单元模拟前后板簧，主簧的垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度给定，其它方向的刚度设为无穷大，副簧的垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度给定，其它方向的刚度设为零，并对驾驶室、发动机和变速箱按集中载荷在其支架上进行加载，油箱、蓄电池在安装位置上进行加载，车厢重量简化为均布载荷，在车架纵梁接触面上加载形成超载、制动、转向、扭转4种载荷工况，然后分析得到各载荷工况的应力云图，确定各工况的最大等效应力是否均小于该处材料的屈服强度，若否，则不满足设计要求。

所述局部零件刚度分析包括车架驾驶室区域局部刚度分析；

所述车架驾驶室区域局部刚度分析为：先搭建由车身前悬置支架、前悬架支架，车架前部前横梁、二横梁、兜梁总成及与之连接的局部左右纵梁构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，使用弹簧单元CBUSH模拟前板簧，约束前悬前后支架，使用刚性连接约束模拟扭杆连接驾驶室左、右悬置支架，在车身右悬置支架扭杆安装中心施加移扭矩，然后分析得出前悬置支架的X向位移、悬置支架安装孔的Z向位移，判定该位移值是否满足设计要求。

所述局部左右纵梁为前悬后支架连接点后200mm区域；

所述移扭矩M采用以下公式计算得到：

M＝K×θ

上式中，K为扭杆刚度，θ为扭杆工作角。

所述局部零件刚度分析还包括车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析，所述局部零件模态分析包括车架传动轴吊挂横梁总成模态分析；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成以及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加反Z向的垂向力，分析得出加载点位移，然后计算得到刚度，确定该刚度值是否大于传动轴中间支承软垫动刚度的10倍，若否，则不满足设计要求；

所述车架传动轴吊挂横梁总成模态分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，然后分析得出传动轴吊挂支架的一阶非零模态h，判定该模态是否满足下述设计要求：

h>1.2×n/60×i

上式中，n为发动机最大转速，i为变速器超速档的传动比。

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度、模态分析中，车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析中，刚度C通过以下公式计算得到：

C＝F/f

上式中，F为Z向垂向力，f为加载点的Z向位移。

所述局部零件强度分析还包括车架传动轴吊挂横梁总成强度分析、车架后减震器横梁总成强度分析；

所述车架传动轴吊挂横梁总成强度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加正Y向且大小为F、反Z向且大小为7F的综合载荷，然后分析得出应力云图，确定传动轴吊挂支架与横梁的最大等效应力是否均小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，所述F采用以下公式计算得到：

F＝(G1+G2)×g/2

上式中，F为传动轴吊挂所受的传动轴的重力，G1、G2分别为汽车传动轴前传、后传的重量，g为重力常数；

所述车架后减震器横梁总成强度分析为：先搭建由后减震器横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁上左、右、后减震器安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加后减震器拉伸方向的载荷F，然后分析得出应力云图，确定后减震器横梁最大等效应力是否小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为横梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，F为后减震器总成最大复原阻尼力。

所述车架整体刚度分析包括车架总成弯曲刚度分析、车架总成扭转刚度分析；

所述车架总成弯曲刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析结构模型，并分别利用前、后桥在车架纵梁上的竖直投影区域做一个MPC，以后桥投影区域约束全部6个自由度，前桥约束Y向移动和Z向移动2个自由度，在纵梁的前、后约束点的中点处翼面上做一个MPC，在该MPC的主节点上，向左、右纵梁均施加一垂直向下的力F/2，然后分析得出加载点位移，并采用下式计算出弯曲刚度Cb，确定该弯曲刚度是否大于设计要求值，若否，则不满足设计要求：

Cb＝F/f

上式中，F为集中载荷，f为载荷点对应的下翼面点的Z向位移；

所述车架总成扭转刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析模型，并利用后桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域做一个MPC以约束6个自由度，前桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域各做一个MPC，在MPC主节点上，向左纵梁施加一垂直向上的力F，向右纵梁施加一垂直向下的力F，然后分析得出加载点位移，并采用下式计算出扭转刚度Ct，确定扭转刚度是否大于设计要求值，若否，则不满足设计要求：

Ct＝L²×π×F/180×h

上式中：F为载荷，L为车架的宽度，h为加载点的Z向位移；

所述整体自由模态分析中，仿真分析结构模型由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成。

本发明原理说明如下：

本发明提供了一种系统性的车架总成耐久性及NVH性能仿真分析方法，在产品开发初期，通过仿真分析软件，对与车架总成的耐久性和NVH性相关的总成及零部件进行仿真分析，并根据分析结果对车架总成的设计提出改进建议；同时，该分析方法对发动机抖动，传动轴共振，驾驶室姿态歪斜、车架后悬横梁开裂等轻卡开发中典型问题，从车架设计角度给出了针对性的分析方法。从而实现在产品设计开发初期阶段，对车架总成耐久及整车NVH进行优化提升，减少设计更改次数，缩短开发周期，降低开发费用。另外，本分析方法中的判定标准，结合了多批次的实车静态评价及耐久试验验证，准确度高。

实施例1：

一种轻卡车架总成仿真分析方法，该方法以T2平台车架总成为研究对象，包括车架总成强度分析、车架总成刚度分析、车架总成模态分析，所述车架总成强度分析包括车架整体强度分析、车架发动机前悬置横梁总成强度分析、车架传动轴吊挂横梁总成强度分析、车架后减震器横梁总成强度分析，所述车架总成刚度分析包括车架总成弯曲刚度分析、车架总成扭转刚度分析、车架驾驶室区域局部刚度分析、车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析，所述车架总成模态分析包括车架整体自由模态分析、车架传动轴吊挂横梁总成模态分析；

所述车架整体强度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板及悬架支架构成的仿真分析结构模型，使用弹簧单元模拟前后板簧，主簧给定三向刚度，垂向刚度前钢板弹簧按实际刚度1251N/cm给定，后钢板弹簧按实际刚度2193N/cm给定，其它方向的刚度设为无穷大，副簧只给定垂向刚度，垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度2996N/cm给定，其它方向的刚度设为零，安装在车架总成上的重量30kg以上的零部件，均需加载载荷，驾驶室(含乘员重量180kg)、发动机和变速箱按集中载荷在其支架上进行加载，油箱、蓄电池这些集中载荷在安装位置上进行加载，车厢重量简化为均布载荷，在车架纵梁接触面上加载，共计4种载荷工况：超载工况(Z-2.5g)、制动工况(X1g)、转向工况(Y-0.6g)、扭转工况(前簧单侧40mm强制位移)，然后分析得到各载荷工况的应力云图，各工况最大应力分别为：超载工况129.5Mpa、制动工况74.7Mpa、转向工况285.5Mpa，扭转工况190.2Mpa，均小于该处材料的屈服强度355Mpa，满足设计要求；

所述车架发动机前悬置横梁总成强度分析为：先搭建由发动机前悬置横梁总成及与其连接的车架左、右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁总成上左、右悬置安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加垂直悬置安装面的载荷动力总成重量580.3kg，设置冲击工况(Y1g，Z-6g)、制动工况(X8g，Z-1g)、转向工况(Y2g，Z-5g)三种载荷工况，然后分析得出各工况应力云图，冲击工况应力172.4Mpa、制动工况应力212.6Mpa、转向工况应力175.6Mpa，三种工况应力均小于都均小于该处材料抗拉强度(510Mpa)的0.5倍，满足设计要求，其中，所述车架左、右纵梁局部为悬置与纵梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域；

通过整车试验场A等级路面耐久试验，零件无变形开裂；

所述车架传动轴吊挂横梁总成强度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加正Y向且大小F为196N、反Z向且大小7F为1372N的综合载荷(前后传动轴重量均为20kg)，然后分析得出应力云图，确定传动轴横梁的最大等效应力为129.7Mpa，其小于该处材料抗拉强度(510Mpa)的0.5倍，满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，所述F采用以下公式计算得到：

F＝(G1+G2)×g/2

上式中，F为传动轴吊挂所受的传动轴的重力，G1、G2分别为汽车传动轴前传、后传的重量，g为重力常数；

通过整车试验场A等级路面耐久试验，零件无变形开裂；

所述车架后减震器横梁总成强度分析为：先搭建由后减震器横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁上左、右、后减震器安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加后减震器拉伸方向、与负Z方向角度为18°的载荷F，然后分析得出应力云图，确定后减震器横梁最大等效应力为321.4Mpa，位置为横梁端头支架与纵梁连接点处，其大于该处材料抗拉强度(510Mpa)的0.5倍，不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为横梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，F为后减震器总成最大复原阻尼力5510N；

对支架处结构进行优化，Z向高度加大，增加接触面积，重新分析，最大应力降为245.1Mpa，小于该处材料抗拉强度(510Mpa)的0.5倍，满足设计要求，通过整车试验场A等级路面耐久试验，零件无变形开裂；

所述车架总成弯曲刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析结构模型，参见图1，分别利用前、后桥在车架纵梁上的竖直投影区域(面积为20mm×60mm)做一个MPC，以后桥投影区域约束全部6个自由度，前桥约束Y向移动和Z向移动2个自由度，在纵梁的前、后约束点的中点处翼面上(面积为30mm×60mm)做一个MPC，在该MPC的主节点上，向左、右纵梁均施加一垂直向下的力F/2＝500N，然后分析得出加载点位移0.322mm，并采用下式计算出弯曲刚度Cb为3105N/mm，确定该弯曲刚度大于设计要求值3000N/mm，满足设计要求：

Cb＝F/f

上式中，F为集中载荷，F＝1000N，f为载荷点对应的下翼面点的Z向位移；

所述车架总成扭转刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析模型，参见图2，利用后桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域(面积为20mm×60mm)做一个MPC以约束6个自由度，前桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域(面积为20mm×60mm)各做一个MPC，在MPC主节点上，向左纵梁施加一垂直向上的力F＝1250N，向右纵梁施加一垂直向下的力F＝1250N，然后分析得出加载点位移0.0138m，并采用下式计算出扭转刚度Ct为1011.3N*m/°，确定扭转刚度大于设计要求值，满足设计要求：

Ct＝L²×π×F/180×h

上式中：F为载荷，F＝1000N.m/车架宽，L为车架的宽度，h为加载点的Z向位移；

所述车架驾驶室区域局部刚度分析为：先搭建由车身前悬置支架、前悬架支架，车架前部前横梁、二横梁、兜梁总成及与之连接的局部左右纵梁构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，使用弹簧单元CBUSH模拟前板簧，约束前悬前后支架，使用刚性连接约束模拟扭杆连接驾驶室左、右悬置支架，在车身右悬置支架扭杆安装中心施加移扭矩M＝2178.2N.M，然后分析得出前悬置支架的X向位移3.4mm>3.0mm，悬置支架安装孔的Z向位移0.7mm>0.5mm，不满足设计要求，其中，所述局部左右纵梁为前悬后支架连接点后200mm区域，所述移扭矩M采用以下公式计算得到：

M＝K×θ

上式中，K为扭杆刚度，θ为扭杆工作角；

在右侧悬置翼面前安装点处增加L型加强板，将车架上下翼面连接为一个整体以提升整体刚度，重新分析得出前悬置支架X向位移2.9mm＜3.0mm，悬置支架安装孔Z向位移高度差0.4mm＜0.5mm，满足设计要求；经过实际装车验证，车架在驾驶室前悬置安装点附近无明显变形，驾驶室前端整体左右高度差小于25mm，满足评价标准；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成以及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加反Z向的垂向力F，大小为1000N,分析得出加载点位移0.363mm，然后采用以下公式计算得到刚度C为2754N/mm，确定该刚度值小于大于传动轴中间支承软垫动刚度(400N/mm)的10倍，不满足设计要求，其中，车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域：

C＝F/f

上式中，F为Z向垂向力，f为加载点的Z向位移；

吊挂结构为L形板结构，加载点在底板平面，力臂较大，抗变形能力较差，对吊挂结构进行优化，两侧增加加强筋，将底板和腹板连接为一个整体，同时料厚进行减薄轻量化，重新进行分析，得出加载点位移0.214mm，刚度C＝4672N/mm，满足设计要求；

所述车架整体自由模态分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析结构模型，然后在无约束和载荷的条件下分析得出前3阶模态，分别为6.07Hz、21.5Hz、28.1Hz，一阶模态6.07Hz＜7.5Hz，不满足设计要求；一阶模态呈现扭转振型，考虑增加前横梁厚度，后悬横梁连接板宽度，提升车架整体扭转刚度，重新分析，得出前3阶模态，分别为8.18Hz、23.6Hz、25.0Hz，一阶模态8.18Hz>7.5Hz，满足设计要求；

所述车架传动轴吊挂横梁总成模态分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，然后分析得出传动轴吊挂支架的一阶非零模态h为194Hz，判定该模态满足下述设计要求(设计要求值95Hz)，其中，车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域：

h>1.2×n/60×i

上式中，n为发动机最大转速3800rpm，i为变速器超速档的传动比0.8。

Claims (10)

1.一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述仿真分析方法包括车架总成强度分析、车架总成刚度分析、车架总成模态分析，所述车架总成强度分析包括车架整体强度分析、局部零件强度分析，所述车架总成刚度分析包括车架整体刚度分析、局部零件刚度分析，所述车架总成模态分析包括车架整体自由模态分析、局部零件模态分析；

所述车架整体、局部零件强度分析为：先搭建仿真分析结构模型，并确定约束方式和加载方式，然后分析得到各载荷工况的应力云图，判定各零件在不同载荷工况的最大等效应力与其材料强度的关系是否满足设计要求；

所述车架整体刚度分析、局部零件刚度分析为：先搭建仿真分析结构模型，并确定约束方式和加载方式，然后分析得到加载点位移或刚度值，并判定其是否满足设计要求；

所述车架整体自由模态分析为：先搭建仿真分析结构模型，然后在无约束和载荷的条件下分析得出前三阶模态，并判定其是否满足设计要求；

所述局部零件模态分析为：先搭建仿真分析结构模型，确定约束方式，然后分析得出一阶非零模态，并判定其是否满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述局部零件强度分析包括车架发动机前悬置横梁总成强度分析；

所述车架发动机前悬置横梁总成强度分析为：先搭建由发动机前悬置横梁总成及与其连接的车架左、右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁总成上左、右悬置安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加垂直悬置安装面的载荷，设置冲击、制动、转向三种载荷工况，然后分析得出各工况应力云图，确定横梁最大等效应力是否均小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求。

3.根据权利要求2所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：所述垂直悬置安装面的载荷为动力总成重量与加速度的乘积，所述车架左、右纵梁局部为悬置与纵梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述车架整体强度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板及悬架支架构成的仿真分析结构模型，使用弹簧单元模拟前后板簧，主簧的垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度给定，其它方向的刚度设为无穷大，副簧的垂向刚度按钢板弹簧的实际刚度给定，其它方向的刚度设为零，并对驾驶室、发动机和变速箱按集中载荷在其支架上进行加载，油箱、蓄电池在安装位置上进行加载，车厢重量简化为均布载荷，在车架纵梁接触面上加载形成超载、制动、转向、扭转4种载荷工况，然后分析得到各载荷工况的应力云图，确定各工况的最大等效应力是否均小于该处材料的屈服强度，若否，则不满足设计要求。

5.权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述局部零件刚度分析包括车架驾驶室区域局部刚度分析；

所述车架驾驶室区域局部刚度分析为：先搭建由车身前悬置支架、前悬架支架，车架前部前横梁、二横梁、兜梁总成及与之连接的局部左右纵梁构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，使用弹簧单元CBUSH模拟前板簧，约束前悬前后支架，使用刚性连接约束模拟扭杆连接驾驶室左、右悬置支架，在车身右悬置支架扭杆安装中心施加移扭矩，然后分析得出前悬置支架的X向位移、悬置支架安装孔的Z向位移，判定该位移值是否满足设计要求。

6.根据权利要求5所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述局部左右纵梁为前悬后支架连接点后200mm区域；

所述移扭矩M采用以下公式计算得到：

M＝K×θ

上式中，K为扭杆刚度，θ为扭杆工作角。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述局部零件刚度分析还包括车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析，所述局部零件模态分析包括车架传动轴吊挂横梁总成模态分析；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成以及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加反Z向的垂向力，分析得出加载点位移，然后计算得到刚度，确定该刚度值是否大于传动轴中间支承软垫动刚度的10倍，若否，则不满足设计要求；

所述车架传动轴吊挂横梁总成模态分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，然后分析得出传动轴吊挂支架的一阶非零模态h，判定该模态是否满足下述设计要求：

h>1.2×n/60×i

上式中，n为发动机最大转速，i为变速器超速档的传动比。

8.根据权利要求7所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度、模态分析中，车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域；

所述车架传动轴吊挂横梁总成刚度分析中，刚度C通过以下公式计算得到：

C＝F/f

上式中，F为Z向垂向力，f为加载点的Z向位移。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述局部零件强度分析还包括车架传动轴吊挂横梁总成强度分析、车架后减震器横梁总成强度分析；

所述车架传动轴吊挂横梁总成强度分析为：先搭建由传动轴吊挂横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，在传动轴中间支承总成软垫安装中心建立主节点，将该节点与传动轴吊挂支架安装孔采用Rbe2进行连接，将主节点作为加载点，在加载点施加正Y向且大小为F、反Z向且大小为7F的综合载荷，然后分析得出应力云图，确定传动轴吊挂支架与横梁的最大等效应力是否均小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为连接板前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，所述F采用以下公式计算得到：

F＝(G1+G2)×g/2

上式中，F为传动轴吊挂所受的传动轴的重力，G1、G2分别为汽车传动轴前传、后传的重量，g为重力常数；

所述车架后减震器横梁总成强度分析为：先搭建由后减震器横梁总成及与其连接的车架左右纵梁局部构成的仿真分析结构模型，并对车架纵梁自由端做全部6个自由度约束，将横梁上左、右、后减震器安装孔采用Rbe2进行连接，作为加载点，在加载点施加后减震器拉伸方向的载荷F，然后分析得出应力云图，确定后减震器横梁最大等效应力是否小于该处材料抗拉强度的0.5倍，若否，则不满足设计要求，其中，所述车架左右纵梁局部为横梁前连接点前200mm至后连接点后200mm的区域，F为后减震器总成最大复原阻尼力。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡车架总成仿真分析方法，其特征在于：

所述车架整体刚度分析包括车架总成弯曲刚度分析、车架总成扭转刚度分析；

所述车架总成弯曲刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析结构模型，并分别利用前、后桥在车架纵梁上的竖直投影区域做一个MPC，以后桥投影区域约束全部6个自由度，前桥约束Y向移动和Z向移动2个自由度，在纵梁的前、后约束点的中点处翼面上做一个MPC，在该MPC的主节点上，向左、右纵梁均施加一垂直向下的力F/2，然后分析得出加载点位移，并采用下式计算出弯曲刚度Cb，确定该弯曲刚度是否大于设计要求值，若否，则不满足设计要求：

Cb＝F/f

上式中，F为集中载荷，f为载荷点对应的下翼面点的Z向位移；

所述车架总成扭转刚度分析为：先搭建由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成的仿真分析模型，并利用后桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域做一个MPC以约束6个自由度，前桥在车架左、右纵梁上的竖直投影区域各做一个MPC，在MPC主节点上，向左纵梁施加一垂直向上的力F，向右纵梁施加一垂直向下的力F，然后分析得出加载点位移，并采用下式计算出扭转刚度Ct，确定扭转刚度是否大于设计要求值，若否，则不满足设计要求：

Ct＝L²×π×F/180×h

上式中：F为载荷，L为车架的宽度，h为加载点的Z向位移；

所述整体自由模态分析中，仿真分析结构模型由车架纵梁、横梁、连接板、加强板构成。

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