微型商用车车架结构分析与优化

袁 理 ，廖 震 ，刘洪光 ，徐中明

（1.重庆科技学院，重庆 400050；2.重庆大学，重庆400030；3.重庆电子工程职业学院，重庆 401331）

本文基于有限元法对国内某自主品牌微型商用车车架进行刚度和模态分析，在不降低刚度和模态性能的前提下，最大限度地减轻质量，以实现车架轻量化。

1 建立车架有限元模型

1.1 几何清理与简化车架模型

设计的车架UG三维图如图1所示。将UG模型保存为IGES格式，再把IGES格式文件导入到Hypermesh中，对其几何数据进行处理，修补破损的曲面、删除重叠面、释放被误约束的点和线等。

图1 车架原始几何模型

1.2 划分网格

运用Hypermesh划分车架有限元计算模型网格，以及运用二维壳单元进行网格离散。在建模过程中，主要选择四边形单元和少量的三角形单元，以满足网格过渡的要求。定义单元类型为mixed型，控制三角形单元比例小于8%，单元尺寸为8mm。

车架的焊点质量直接影响车架性能。运用联接方式模拟传递力和力矩效果。在车架结构中，点焊主要传递拉力和剪力。在实际工程结构中，人们更加关心点焊的力学性能，所以通常选择能够模拟点焊力学性能的单元进行模拟。影响焊点模拟精度的主要因素是焊点间的距离。为了保证计算精度，焊点间距不超过10mm。采用Hypermesh提供的连接体（Connector）来实现零部件之间的装配，并采用 weld类型点焊和连接体（connector）自动生成焊点单元。车架点焊模拟结果如图2所示。

图2 车架点焊模拟图

1.3 车架材料特性

使用的车架材料是16Mn钢，它的物理性能指标分别是弹性模量E为200GPa、密度ρ为7800 kg/m3、泊松比μ为0.3；……