考虑刚柔耦合特性的SUV控制臂强度分析

赵 燕，赵 攀，阮成明，王小康

1 引言

悬架系统是现代汽车上的重要总成之一，直接影响到汽车操纵稳定性和平顺性，控制臂在悬架中起导向和支撑的作用，同时将外界作用在车轮上的激振力传递给车身[1]。控制臂的工作条件复杂，其机械性能要求严格，因此校核控制臂的强度，研究其可能出现的问题，对于整车的设计与开发具有非常重要的理论意义与实践价值。

对控制臂进行强度分析的难点在于载荷和边界条件的施加[2]。在载荷计算方面迄今没有基本的计算准则，汽车制造企业仍按照自身经验设计，遵循企业标准选取了4种典型极限工况并计算了对应的轮胎接地力，利用刚柔耦合动力学模型准确求解了控制臂输入载荷；在边界条件施加方面，汽车行驶过程中控制臂处于动平衡状态，在模型上施加正确合理的边界较为困难，建立真正的自平衡力系难以实现，故应用惯性释放法进行了控制臂的强度分析，使分析结果与实际更加符合[3-4]。

2 控制臂有限元模型的建立

图1 控制臂结构Fig.1 Structure of the Control Arm

表1 材料力学参数Tab.1 Mechanical Parameters

按照企业提供的控制臂CATIA数模，如图1所示。该控制臂为双层冲压件，上下两薄壁板焊接相连，球铰座连接板与两薄壁板通过螺栓连接，前后衬套管与加强套管均焊接于薄壁板上。控制臂所使用的材料为宝钢生产的SAPH440和35#，其材料力学参数，如表1所示。

运用HyperMesh进行网格划分时，将上下两薄壁板抽取中面，采用壳单元对其进行网格划分；前后衬套管因为是圆筒状比较规则，采用六面体网格进行划分，球铰连接板形状复杂采用四面体单元划分。……