10.16638/jki.1671-7988.2021.03.036
基于Nastran的某SUV后副车架力学性能
仿真和试验研究
邹夕，肖隆清
（江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001）
摘要：后副车架是SUV底盘关键承载部件，对整车性能有重要影响，文章针对某SUV车型后副车架进行了强度和疲劳CAE分析和研究，同时进行了台架对标刚度测试和强度工况测试，结果表明此SUV后副车架刚强度和抗疲劳性能满足目标要求。
关键词：后副车架；疲劳强度；性能
中图分类号：U463.32 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)03-119-03
suv车型Simulation and Experimental Study on Mechanical Properties of
Rear Sub-frame of an SUV with Nastran
Zou Xi, Xiao Longqing
( Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )
Abstract: The rear sub-frame is the key load-bearing component of the SUV chassis, which has an important impact on the performance of the whole vehicle. In this paper, the strength and fatigue CAE analysis and research are carried out for the rear sub-frame of a SUV, and then the bench stiffness test and strength condition test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the stiffness, strength and anti-fatigue performance of the rear sub frame of SUV meet the target requirements.
Keywords: Rear sub-frame; Fatigue strength; Mechanical properties
CLC NO.: U463.32 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-119-03
1 引言
随着新冠疫情复苏后经济快速发展，国民出行交通工具改善需求越来越强烈，各种形式多样的SUV销
量也得到快速增长，国人对于SUV整车性能品质要求也提升。副车架是底盘系统关键受力件，对整车耐久可靠性、操稳舒适性的影响巨大，其也为转向机、下摆臂等部件提供了安装基体[1-3]。而且后副车架有效连接了各种底盘悬架元件，提高了悬挂系统优越性能[4-5]，故本文开展城市运动版后副车架的结构力学性能具有重要的价值。
本文基于某新平台城市运动版SUV车型研究设计新的后副车架系统，为确保其满足设计性能目标，基于汽车设计理论和数值分析理论，采用Nastran软件，对某城市运动版SUV后副车架进行了结构强度和台架工况疲劳耐久分析，同时进行了后副车架刚度对标测试和强度对标试验，结果表明，此SUV车型后副车架强度和结构刚度及疲劳耐久性能满足目标。
2 后副车架CAE强度分析
2.1 后副车架有需要模型
本文利用Hyperworks数值仿真分析软件，对某城市运动
作者简介：邹夕，就职于江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心。
119
汽车实用技术
120 版SUV 车型后副车架系统进行了有限元建模，网格大小为4mm ，对应材料为QSTE500，其对应屈服强度分别为500 MPa ，如图1。
图1 某城市运动版SUV 的后副车架FEA 模型
2.2 后副车架CAE 强度分析
本文开展了后副车架的结构强度性能理论研究，极限强度分析工况分别为单轮胎上跳工况，整车对扭工况，紧急制动工况，极限转弯工况，基于惯性释放法理论，输入载荷为经多体分析软件仿真得到的结果，强度分析结果如图2。
（a ）单轮胎上跳工况
（b ）整车对扭工况
（c ）紧急制动工况
（d ）极限转弯工况
图2 后副车架强度分析结果
后副车架系统强度分析最大峰值应力出现在极限转弯工况，最大应力为440.6MPa ，小于材料QSTE500屈服强度，
满足设计目标，汇总结果如表1。
表1 后副车架强度分析结果表
2.3 后副车架台架疲劳CAE 分析
本文对某城市运动版SUV 车型后副车架进行了疲劳性能分析，工况为：Case1为Bracket Load 横向加载1g 激励，疲劳循环次数N=20000次，Case2为Lateral Load Y 向加载1g 激励，结果见图3，评价标准：所有零部件损伤值须小于5.5，CAE 结果表明Case1后副车架最大疲劳损伤值为5.1，而Case2最大疲劳损伤值为0.4，两个工况疲劳强度都满足设计目标。
图3 后副车架台架CAE 疲劳分析结果
3 后副车架台架对标试验分析
3.1 后副车架台架刚度对标试验分析
本文对某SUV 车型后副车架系统进行了台架刚度对标试验，如图4。刚度试验载荷边界条件为：后悬上控制臂连接点Y 轴方向刚度试验加载从-8KN 到+8KN ，后悬前下摆臂连接点
Y 轴方向刚度试验加载从-8KN 到+8KN 。
（a ）N1点
（b ）N2点
图4 后副车架刚度台架对标试验
（a ）N1点 （b ）N2点
图5 后副车架刚度测试结果
邹夕 等：基于Nastran 的某SUV 后副车架力学性能仿真和试验研究
121
采用上述试验装置进行刚度台架对标试验，得到如图5的两个测点N1和N2刚度试验结果，利用数值分析理论的最小拟二乘法，得到测点N1点刚度为31.5KN/mm ，测点N2点刚度为36KN/mm ，满足目标。 3.2 后副车
架台架强度对标试验分析
图6 后副车架台架强度试验 表2 后副
车架台架强度试验结果
本文对某城市版SUV 车型的后副车架分别进行了摆臂连接点X 向和Z 向台架强度对标试验，载荷激励
为：后副车架的下摆臂X 横向和高度Z 向分别加载15KN ，加载速度为1KN/步，若零件未出现塑性变形，加载至1.5倍目标载荷数
值，评价标准为后副车架需未出现裂纹问题，试验工况如图6所示，试验完成后，检查未发现裂纹及塑性变形，后副车架下摆臂连接点Z 轴方向强度如表2所示，满足目标要求。
4 结论
本文基于汽车设计理论和数值分析理论，结合NASTRAN 有限元分析软件，对某城市运动版SUV 车型的后副车架进行了结构强度和台架疲劳CAE 分析，同时进行了后副车架刚度对标测试和台架强度对标试验。结果表明，该城市运动版SUV 车型后副车架刚度和结构强度性能及疲劳耐久性能满足设计目标。
参考文献
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