汽车悬架支架的结构分析及仿真

张展 刘志汉

摘 要：针对某种卡车悬架支架的载荷作用情况，从静态和动态两方面进行分析处理，评估其力学性能和安全性能。首先，基于UG软件建立悬架支架的参数化模型，导入Ansys中进行分析，两者的Parasolid核心保证了模型的完整和不失真;其次，基于力学原理和数值分析方法对模型进行静力学和动力学分析及仿真，真实再现了悬架支架的工作环境。研究结果表明，此方法明显节约了时间和减少了工作量（尤其对复杂庞大的零部件的建模分析），同时为整车分析和复杂结构的有限元分析提供了必要的参数和依据。

关键詞：悬架支架;参数化建模;Ansys;模态分析

有限元法是目前广泛使用的一种现代计算方法。其思路是：结构离散一单元分析一整体求解。经过近50年的发展，有限元法的理论日趋完善，广泛地应用于各行各业，Ansys软件代表了最先进的CAE整合技术，可用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析。悬架支架是汽车上的主要连接和承载构件，承担了大部分的连接和承载任务，同时也承受巨大的载荷和周期性应力。目前对悬架系统进行仿真分析的研究较多，在这里根据实际情况，只对某汽车制造厂新研制的一种卡车悬架支架进行评估，以确定其可靠性。笔者用UG软件建立前悬架支架的三维实体模型，利用Ansys软件进行静力学分析和模态分析，确定其应力应变分布情况和5阶固有频率及振型;用Adams软件仿真悬架在具体路面上的升降过程，得到升降过程悬架支架的受力范围;基于Ansys软件进行支架的谐响应分析，观察其在持续的周期载荷收作用下的周期响应。

1 实体参数化建模与导入

1.1 建立实体模型

为保证模型顺利导入Ansys进行有限元计算，采用UG这一大型建模软件建立模型，其具有很高的精度和可靠性。同时建模过程中注意一些技巧：避免使用旋转特征工具，避免面与面特征之间有尖锐的倒角过渡，抑制对实际问题研究没有影响的特征，从而减少模型的特征数，达到降低网格单元数和缩短计算时间的目的。

1.2 模型转换

模型的转换有很多种方式。一般情况下习惯用Iges格式，但由于用Iges导入Ansys时。会发生实体模型数据丢失的情况。例如，部分实体无法显示，产生了多余的点、线等问题。由于两种软件属同一厂家所开发且具有相同的Parasolid核心，选用Parasolid格式导入Ansys或直接导入Part文件，则可避免此类情况的发生。笔者采用Part文件导入，导入模型见图1（a）。

1.3 模态分析

模态分析是确定复杂结构震动形态和薄弱环节的有效手段。通过模态分析可获得结构较完整的固有频率、振型和振型参与系数，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。采用最接近悬架支架实际工作条件的约束条件，选取Block Lanc ZOS模态提取法，提取模态数为5，获得了5阶固有频率以及响应的5种振型，除第5阶振型外都表现为两支耳1、2的摆动（见表1）。一般来讲，由路面不平引起的汽车震动，再由板簧传递给支架，频率范围为0.5～25Hz，低于支架的基频37.294Hz。很明显，它并不会引起支架的共振。可以认为，实际中支架的刚性比较大，不会在外部频率的激励下出现不良反应。

2 结论

通过静力学分析可知，在支架衬板和两支耳连接的地方应力比较集中，但此类货车在目前载荷作用下足以满足使用要求，作用载荷能够引起的位移也是微量的。在周期载荷的作用下，应力明显增大，说明动载荷对支架的影响不可忽视。利用几种软件的结合使用，分析了零部件从静态到动态的整个过程，非常接近零部件的实际工作情况，分析结果为此类零部件的结构设计、改进以及日常的维修保养提供了依据。