2007PLM征文之61：CAE技术在卡车降成本中的应用

随着商用车市场竞争的日趋激烈，如何改进产品的质量，如何降低产品的生产成本，成了所有汽车生产企业考虑最多的问题。汽车产品技术降成本是通过分析产品在设计、制造、使用、维护和回收等各环节的成本组成情况，改进设计方案或优化加工工艺，从而达到技术降成本的目的。但是使用传统的样车试验方法来验证降成本设计方案，不仅成本大而且周期很长。然而，采用CAE技术分析各种减重方案对车架结构强度的影响，具有周期短，方案灵活和成本低等优势，越来越广泛地应用于汽车产品设计中。

本文采用有限元仿真软件HyperWorks，以某款现生产卡车车架为研究对象，对十一种减重方案进行对比分析，优化和评估各降成本设计方案。同时通过应用其中的一种减重方案设计了一款轻量型车架T08-700，用有限元校核该了新设计车架的强度，并与原车架进行了对比分析。

一、车架有限元模型化

有限元分析的精度主要取决于有限元计算模型，模型必须如实反映车架结构的力学特性，所以模型化的基本原则是在硬件可以承受的情况下，尽量细分网格，使有限元模型尽量与车架几何模型一致。车架采用薄板单元对车架结构进行有限元划分，用刚性元和梁单元来模拟焊接、铆接和螺栓连接，车架钢板弹簧则用弹簧元模拟。共划分节点450387个，单元916963个。车架原设计方案的有限元模型如图1所示。

图 1车架原设计方案的有限元模型

二、载荷

为了使仿真结果更加准确，我们考虑了作用于车架上的所有载荷（如表1所示）。车架自重由软件在输入材料密度后自动计算得出，车架材料为DL510，抗拉极限为590MPa，泊松比μ=0.3，弹性模量E=208GPa，质量密度ρ=7.82吨/立方米。

表1 作用于车架上的主要载荷

三、载荷工况的确定

实践表明，弯曲工况和弯扭组合工况是车架的主要受力和变形模式，弯扭组合工况又是其中最为恶劣的工况，为此本文主要考核弯扭组合工况下的应力和变形情况，以确保车架的强度和刚度满足设计要求。

强度弯曲工况：模拟汽车满载行驶在平坦路面上的工况，约束前后车轮的竖直方向位移。

强度弯扭组合工况：模拟汽车满载通过凹凸不平路面时的弯扭强度，它反映车架结构的实际最大静态强度问题。此时，左前轮上凸台（高度60mm），右前轮下凹坑（深度60mm），约束后车轮的竖直方向位移。

另外，车架的振动是造成疲劳破坏的主要原因之一，而且现在乘坐舒适性的要求也越

来越高，所以有必要对车架结构进行模态分析。模态分析也能在一定程度上反映了车架结构刚度的分布情况，本文分析了新设计轻量化车架T08-700车架的前5阶固有模态。