隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車車后橋作為整車的一個關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車車后橋進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計計算是非常必要的。本文介紹了有限元方法對某型車后橋殼的分析研究，建立了車后橋殼的有限元計算模型，并進(jìn)行了多方案的模型計算分析比較，指出了其結(jié)構(gòu)不足，提出了改進(jìn)建議，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供了重要理論依據(jù)。
為了適應(yīng)激烈的市場競爭，滿足用戶需求，企業(yè)需要開發(fā)出高品質(zhì)、低價位的新產(chǎn)品。為此，CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中越來越多地得到開發(fā)人員的應(yīng)用。針對某型車的引進(jìn)吸收開發(fā)過程中，其海南路試發(fā)現(xiàn)后橋存在的局部強(qiáng)度不足的情況，用ANSYS有限元分析系統(tǒng)對其后橋殼進(jìn)行了計算分析比較，并優(yōu)化該產(chǎn)品的設(shè)計。
建立后橋殼的有限元模型
根據(jù)該車后橋結(jié)構(gòu)特點，傳統(tǒng)的車橋有限元簡化分析一般將重點集中于橋殼分析，該橋殼是鋼板焊接式，由兩根主橋殼對焊，中段兩側(cè)焊有四塊三角形板，中間兩端與橋后蓋及主減速器殼連接固定。一般其強(qiáng)度問題點發(fā)生的部位如圖1。
圖1 焊接橋殼常見的高應(yīng)力響應(yīng)部位
本橋殼的G、H點即是平衡桿座板焊接位的應(yīng)力集中問題， E點處在中間相對水平緩的過度部位，該處往往開大傘齒輪安裝切槽或法籃螺孔，應(yīng)力響應(yīng)也較高，A、B點的高應(yīng)力響應(yīng)對應(yīng)最大側(cè)向載荷工作情況發(fā)生。
載荷與約束
首先對后橋所受載荷進(jìn)行分析，本分析考慮了兩種工作載荷：一種橋負(fù)荷，分別作用在板簧支座與橋殼聯(lián)接位；另一種載荷為平衡桿在車身發(fā)生傾斜等情況時產(chǎn)生的抗力。
圖2 平衡桿模型與抗力 圖3 車身不發(fā)生傾斜時橋殼應(yīng)力響應(yīng)分布
計算結(jié)果分析
通過FEM對平衡桿模型有無作用力計算比較，得出：平衡桿支反力對橋殼體的影響主要體現(xiàn)在橋殼彎矩的加大。
圖4 平衡桿角度為零時橋殼最大應(yīng)力響應(yīng) 圖5 橋殼敏感部位局部的計算結(jié)果
分析表明，橋殼的高應(yīng)力響應(yīng)點在平衡桿加強(qiáng)板和橋殼焊接結(jié)縫，該點非常接近橋殼對焊焊縫與琵琶段闊漲段的三角接板對焊位。從橋殼敏感部位局部的計算結(jié)果中，可見該段基本上是彎曲工作狀態(tài)。焊點位存在較大的連接力，在橋殼焊縫同一部位的高應(yīng)力響應(yīng)。
平衡桿支座對橋殼作用分析
根據(jù)橋殼有限元初步計算結(jié)果分析，驗證了橋殼問題產(chǎn)生在D F G 位，應(yīng)力響應(yīng)相當(dāng)高。分析發(fā)現(xiàn)了平衡桿支座板焊接部位有高應(yīng)力響應(yīng)等情況，判斷分析疲勞源有可能先發(fā)生在G點。排除加大橋管根本性改進(jìn)，這樣分析工作重點放在平衡桿支座板和焊接部位結(jié)構(gòu)分析和改進(jìn)上。
圖6 支座板與橋殼間焊接點相互傳遞的作用力 圖7 平衡桿支座高應(yīng)力響應(yīng)分布
改進(jìn)方案
綜合上述分析對支座板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，去掉原設(shè)計中向外沿伸的“耳字形”托板，將支座板兩端中部剪為內(nèi)凹入形，以減少焊縫端點的應(yīng)力集中，如圖8所示。
結(jié)論
通過對車后橋殼的改進(jìn)，可以達(dá)到不增加橋殼應(yīng)力響應(yīng)的條件下，有效的壓低焊縫應(yīng)力響應(yīng)，如前期實驗的疲勞源的確發(fā)生在焊縫上，屬于平衡桿支架焊接方面的問題，改進(jìn)方向是盡可能弱化平衡桿支座剛度，降低對橋殼的附加約束并減小焊縫應(yīng)力響應(yīng)。
（轉(zhuǎn)載）
