基于台架试验和CAE的铝合金控制臂开发研究
某重型柴油机铸铝齿轮室CAE仿真分析及优化
ｄｏｉ： １０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７１ ０６１４ ２０２１ ０３ ００９
某重型柴油机铸铝齿轮室 ＣＡＥ 仿真分析及优化
黄灿银
（ 湖南道依茨动力有限公司， 湖南长沙 ４１０１００）
摘要 为实现某重型柴油机的降重目的， 齿轮室材料由铸铁变更为铸铝。 根据齿轮室的可
定义柴油机前悬置支架与车架连接的螺栓孔区域和
行分析， 采用了 ４ ｍｍ 的整体网格尺寸， 对关键部
８２２ 个 节 点， ３４５ ８７７ 个 二 阶 改 良 型 四 面 体 单 元
（ Ｃ３Ｄ１０Ｍ） ， 离散的有限元模型如图 ２ 所示。
的重力加速度载荷 （ 该加速度为 ＡＶＬ 推荐载荷） 。
飞轮壳安装在后悬置的螺栓孔为 ６ 个方向下的全约
０
引言
件。 另外， 还需空压机总成， 油泵总成等附件的重
动力总成系统的降本和降重问题一直是各大企
量和质心位置数据。
业和研究机构关注的重要课题。 它直接关系到发动
机的油耗， 是整车经济性和动力性的关键指标之
一。 在本课题中， 针对某重型发动机进行了一系列
零部件降重的专项攻关， 主要涉及到缸体、 曲轴
系、 齿轮室和飞轮壳等 ［１］ 。
ｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， ＣＡＥ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｃａｓｔ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇｅａｒ ｃｈａｍｂｅｒ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢＡＱＵＳ， ａｎｄ ｔｈｅ
铝合金铸造副车架开发
挤 压 铸 造 工 艺 液 态 金 属 在 压 力 下 凝 固 结 晶 ，晶 体 组 织 致 密 ，铸 造 毛 坯 力 学 性 能 好 ，且 可 以 进 行 后 期 热处理，进一步提升力学性能指标。
综 合 考 虑 以 上 铸 造 工 艺 的 优 缺 点 ，确 认 采 用 挤 压铸造工艺方式实现副车架的开发。 1.2 材料分析
2 左轮 侧向载荷
-1
-330
-20
3 轮心 垂直载荷
1
4
制动载荷 1
-330
5
向后载荷 1
6 右轮 侧向载荷
1
330
20
7 轮心 垂直载荷
1
8
制动载荷 1
-330
疲 劳 损 伤 计 算 采 用 Palmgren-Miner 线 性 累 积 损
伤计算方法：
∑ ∑ D =
ni Ni
<1
（2）
受垂向和侧向载荷的能力。 通 过 多 次 CAD 修 改 与 强 度 校 核 ，副 车 架 顺 利 通
高 压 铸 造 工 艺 液 态 金 属 在 压 力 下 凝 固 结 晶 ，晶
-58-
实车冲击试验在汽车开发中的运用
Ａｂｓｔｒａｃｔ：In the process of automobile development and verification, a special test method is needed to verify its reliability. For this purpose, this paper introduces the real vehicle impact test method to verify the reliability of automobile suspension system under harsh road conditions, analyzes the problems of a certain model in the real vehicle impact test, and puts forward, countermeasures so as to provide reference for automobile development and verification and quality improvement.Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：suspension systemvehicle; impact test method; reliability摘要：在汽车开发验证中，需一套特别的试验方法验证其可靠性，本文从此目的出发，介绍了实车冲击试验方法，以验证汽车悬架系统在苛刻路面条件下的可靠性，并对某车型在实车冲击试验中出现的问题进行了分析，提出对策，为汽车开发验证和品质改善提供借鉴经验。
关键词：悬架系统；实车冲击试验；可靠性中图分类号：U467.13 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2022)03-0049-04实车冲击试验在汽车开发中的运用Application of Real Vehicle Impact Test in Automobile Development王蛟龙（广汽三菱汽车有限公司，长沙 410100）WANG Jiao-long(GAC Mitsubishi Automobile Co., Ltd, Changsha 410100)前言汽车是人们日常活动中的重要出行工具，对搞高生活的便捷性起了重要的作用，所以在经济快速发现的当下，越来越多的人购买汽车来提升自我的生活品质。
汽车悬架6082铝合金控制臂成形工艺
汽车悬架6082铝合金控制臂成形工艺韩乐【期刊名称】《《工业加热》》【年(卷),期】2019(048)005【总页数】3页(P1-3)【关键词】汽车悬架; 铝合金; 控制臂; 成型工艺【作者】韩乐【作者单位】咸阳职业技术学院汽车学院陕西咸阳 712000【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+1在汽车悬架系统中，控制承担的任务是导向和传力，把作用于车轮上的力传输到车身上，并确保车轮能够按照既定轨迹运转，所以，控制臂应具备充足的刚度、强度、使用寿命。
但是在具体模锻生产制造时很容易出现两大问题，即零件裂纹，最终报废；材料利用率过低。
所以，进一步探究能够大量生产制造，并且可以大大降低生产成本，提高成形效率与水平，以及材料利用率的成形工艺已经成为必然趋势[1]。
1 铝合金材料参数6082 铝合金的流动性比较差，而且锻造的温度范围比较窄。
在锻造温度过高的时候，锻件将会产生粗晶组织。
如果锻造的温度太低，那么锻件的表面将会发生加工硬化现象，因为加工硬化的区域内激活性能非常大，在后续热处理时，部分晶粒会出现快速增长，然后演变成粗晶，从而使得锻件性能大大下降。
铝合金主要元素是Mg 与Si，以Mg2Si 为主要的强化相轻质合金[2]。
通过挤压工艺能够获取铝棒处于常温状态的力学性能指标，具体如表1所示。
表1 6082铝合金常温状态的力学性能指标抗拉强度Rm/MPa屈服强度ReL/MPa 伸长率A/%数值350 320 9～122 控制臂锻造有限元模拟6082 铝合金控制臂锻造成型是三维非稳态大塑性变形过程，主要包含材料、几何非线性与边界接触条件非线性，弹性变形可以忽略，所以，锻造成型过程模拟会选用刚塑性模型。
在金属塑性成形时，材料塑性变形的物理过程十分繁杂，为了便于进一步计算，将变形的部分过程进行理想化，有助于后续数学处理。
控制臂基本形状为长条形，各个部分的金属体积分布并不均匀。
所以，可以通过辊锻制坯、弯曲预锻、终锻模锻成型等环节加以完成。
基于等效应力的试验载荷谱开发与研究
基于等效应力的试验载荷谱开发与研究黄庆;王海沛【摘要】以某型轿车稳定杆为研究对象，采集试车场道路载荷谱并对其进行统计分析，在传统基于广义力的载荷谱编制方法基础上，考虑结构的真实损伤计算，提出一种基于等效应力的编谱方法。
通过CAE和台架试验验证可知，寿命与失效位置与实车路试结果基本一致。
新方法相比传统方法能更准确预估损伤等效结果，减少试验频次，更快速地模拟出汽车结构件实际受载情况，试验加速效果明显。
%In this research, the road load spectrum of a proving ground is acquired and analyzed with stabilizer bar of a passenger car as research object. Based on the establishment method of generalized force equivalent stress, and with consideration of the real damage calculation of the structure, a new establishment method of load spectrum based on equivalent stress is proposed. It is known from CAE and rig test that life and location of failure are basically consistent with that of road test. Compared with the traditional method, the new method can more accurately estimate equivalent results of the damage, reduce the test frequency, simulate real loading conditions of structural parts more rapidly, and the accelerated test has obvious result.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P53-57)【关键词】轿车;稳定杆;载荷谱;等效应力;加速试验【作者】黄庆;王海沛【作者单位】泛亚汽车技术中心有限公司;泛亚汽车技术中心有限公司【正文语种】中文【中图分类】U461.99载荷谱是在处理随机载荷时最常用的载荷表示方法，被广泛用于结构的疲劳试验。
基于道路载荷谱的车身疲劳寿命改进研究
整 车室 内道 路 模 拟试 验 分 为轮 耦 合 型道路 模 拟 试验 和轴 耦 合型 道 路模 拟 试 验 两种 类 型 。失 效
位 置 的损 伤 贡献 分 析 结 果 表 明 ， 身 失 效 位 置 处 车 占比 ９ ％ 以上 的损 伤 发生在 以垂 向激励 为 主 的各 ８ 种 粗糙 路 面上 ， 因此 本 课 题 中采 用 轮 耦 合 方 式 的
目
—
架试 验加 载信 号 驱 动 台架 ， 各 监 测 点 处 采 集 应 在 变响 应信 号 ， 后 与 实 际道 路 上 采 集 的 信 号进 行 然 比较 ， 图 ３所 示 ， 算 出误 差 信 号 ， 此 修 正 驱 如 计 据
动信 号并 再 次 完 成 加 载 ， 此 循 环 下 去 。当迭 代 如 点 响应 与 目标 之 间 的 误 差 达 到 允 许 范 围之 内 时 ，
９ ％ 以 上 的粗 糙 路 面 采 集 的 信 号 进 行 迭 代 ， 流 ８ 其
程 图见 图 ２ 。
１ 代１ ｒ嘉 模 ＿ 嚣 拟Ｉ ． 迭－ １ － ＇ 膝 等
图 １ 车 身 开 裂 研 究 技 术 路 线
２ １ 典型 路面 道路 谱 采集 ．
研 究 过 程 中采 用 虚拟 试 验 台 的形 式来 建 立 目 标 车辆 的耐 久 性 虚 拟 分 析 模 型 ， 虚 拟 模 型 的边 该
界输 入 条件 为轮 轴 六 分 力 信 号 和轮 轴 位 移 信 号 ， 而 此信 号必 须 通 过 实 车 的道 路 载 荷 谱 采 集 得 到 。
此外 ， 虑 到后期 室 内道 路 模 拟 试 验 和 Ｃ Ｅ耐久 考 Ａ
分 析 的需要 ， 车 场 道 路 试 验 采 集 的 信 号 包 括 车 试
汽车钢板弹簧ＣＡＥ_仿真分析与台架试验对标研究
Journal of Mechanical Strength2023,45(4):845-849DOI :10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.012∗20211003收到初稿,20220228收到修改稿㊂ 十四五 国家重点研发计划(2022YFB2503505)资助㊂∗∗陈为欢,男,1983年生,福建泉州人,汉族,江铃汽车股份有限公司研发总院中级工程师,硕士,主要研究方向为车辆工程CAE 仿真分析及优化㊂汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究∗CAE SIMULATION ANALYSIS AND RIG TEST VALIDATIONRESEARCH OF AUTOMOBILE LEAFSPRING陈为欢∗∗㊀熊㊀伟㊀辛建伟㊀葛文韬㊀余显忠㊀周贤苏(江铃汽车股份有限公司产品开发总院,南昌330200)CHEN WeiHuan ㊀XIONG Wei ㊀XIN JianWei ㊀GE WenTao ㊀Yu XianZhong ㊀ZHOU XianSu(Jiangling Motors Co.,Ltd.,Nanchang 330200,China )摘要㊀针对新设计汽车钢板弹簧,有物理试验和计算机辅助工程(Computer Aided Engneering,CAE)仿真两种手段来评估板簧的疲劳寿命,物理试验周期长㊁费用高,CAE 仿真周期短㊁费用低㊂目的是找出一种应用CAE 仿真分析手段来有效分析预测钢板弹簧疲劳寿命的方法,从而实现缩短板簧开发周期并降低开发成本;对钢板CAE 仿真和台架试验进行了刚度及强度的对标分析,找出了能够准确模拟刚度和强度的CAE 刚强度仿真方法;在确保CAE 仿真模型能准确分析板簧刚强度的基础上,通过实测板簧材料疲劳性能曲线,基于Miner 累积损伤理论,应用不同表面修正系数对钢板弹簧进行寿命分析,并和疲劳台架试验对标进行分析,找出了一种能够较为准确评估板簧寿命的CAE 疲劳仿真分析方法㊂最终形成了一套基于CAE 分析的较为可靠的钢板弹簧疲劳寿命预测方法,该方法有效性较好,对有效预测汽车钢板弹簧的疲劳寿命具有较高的工程价值㊂关键词㊀汽车㊀钢板弹簧㊀疲劳寿命㊀台架试验对标中图分类号㊀TH16Abstract ㊀There are two methods to verify the durability characteristics of a new designed leafspring,there are physical testwhich takes more time and cost and CAE simulation which is time-saving and cost-saving.Aiming at coming up an effective CAE simulation of the leafspring life,the CAE simulation for stiffness and strength with rig test is validated.Base on the validated CAE method,with material property from test,CAE fatigue simulation is conducted with different surface treatment factor and validated with rig test to find out the best parameter for good life correlation.Finally,an effective CAE life prediction of automotive leafspring is provided,and the solution can serve as a good reference for the industry.Key words㊀Automobile ;Leafspring ;Fatigue life ;Rig test validation Corresponding author :CHEN WeiHuan ,E-mail :b 30156@ The project supported by the 14th Five Year National Key R&D Plan(No.2022YFB2503505).Manuscript received 20211003,in revised form 20220228.0㊀引言㊀㊀钢板弹簧作为汽车悬架的关键零部件,是汽车尤其是商用车悬架主流的配置之一,连接车身(车架)及车桥,工况恶劣,其疲劳寿命对整车可靠性㊁安全性具有重要的影响㊂产品开发中,对于板簧疲劳寿命的评估方法主要分为两种㊂第一种方法是物理试验,物理试验分为台架试验和道路强化试验㊂物理验证的特点是试验周期长,试验代价昂贵,代价巨大[1-6]㊂第二种方法是计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)虚拟仿真分析,该方法具有效率高㊁周期短㊁成本低等优点,但是板簧疲劳寿命的准确度评估受到板簧应力分析结果的精度㊁板簧样件表面热处理㊁喷丸等加工因素的影响巨大[7-8]㊂为了获得一种可以较为准确预测分析板簧寿命的方法,本文对板簧台架试验和CAE 仿真进行对标㊂找出可以精确模拟板簧应力响应的建模方法,以及可以较为准确评估板簧寿命的表面修正系数的参数设置方法,具体仿真及台架对标流程如图1所示㊂1㊀板簧刚强度分析与试验对标分析㊀㊀要对疲劳耐久寿命进行精确仿真分析,CAE 仿真模型需要能够对其载荷应力响应进行精确的表述,因此必须确保CAE 仿真模型能够准确地模拟板簧的刚㊀846㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图1㊀CAE 仿真与台架试验对标流程Fig.1㊀Flow chart of CAE simulation and rig test validation度及强度㊂1.1㊀板簧CAE 仿真有限元建模及分析㊀㊀板簧受力后会产生大变形及接触状态的变化,CAE 仿真分析时涉及几何非线性和接触非线性,需要很高的建模质量来确保仿真分析的收敛性㊂将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD 模型导入有限元前处理软件Hypermesh,Hypermesh 软件切换到Abaqus 模块,然后对板簧几何模型网格建模㊂由于网格的密度和精度有密切关系,网格越密,精度越高,计算量更大㊂本文以3~5mm 的六面体网格进行建模;网格阶数和计算精度有密切关系,二阶单元精度高于一阶单元精度,但由于二阶六面体单元不利于板簧接触分析的收敛,本文采用一阶六面体实体单元进行网格建模,每一片板簧在厚度方向采用四层网格㊂由于实体单元最外表面包裹一层料厚0.001mm 的壳单元可以增加表面积分点的数量,从而可以提高仿真精度[9],本文针对一阶六面体单元和一阶六面单元及其最外表面的实体单元表面包裹一层薄壳单元两种建模方式进行CAE 应力及刚度分析,然后和试验进行对标验证㊂完成建模后的有限元模型如图2所示,定义板簧材料为51CrV4㊂然后对板簧各片之间建立面对面的接触对,模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为㊂图2㊀板簧有限元模型Fig.2㊀Leafspring FEM基于板簧台架试验规范对板簧前后卷耳进行边界处理,即释放板簧长度方向的平动自由度及绕卷耳轴线方向转动自由度,约束其他自由度;在板簧座(板簧和车桥连接处)施加板簧设计的极限位移㊂由于板簧是大变形接触分析,属于几何和接触非线性的,求解器求解参数设置时,打开几何非线性选项,然后提交Abaqus 求解器求解获得板簧在弯曲变形条件下的应力分布㊂1.2㊀板簧刚度及应力台架试验㊀㊀根据板簧在垂向受载下的应力分布趋势,对板簧进行应变花贴片㊂图3为第一片板簧(含卷耳的簧片)及第三片板簧应变花贴片的效果图㊂如图4所示,将贴完应变花的板簧装配到试验台上㊂其中,板簧前㊁后卷耳T y ㊁T z ㊁R x ㊁R z 方向自由度进行约束,T x 和R y 自由度释放,T x 方向为板簧的长度方向,R y 方向为板簧卷耳绕其轴线转动方向,在板簧座施加板簧的设计允许Z 向位移为213.5mm㊂图3㊀第1片及第3片簧应变花贴片Fig.3㊀Leaf 1and leaf 3straingauging图4㊀台架试验Fig.4㊀Rig test1.3㊀仿真及台架试验结果对标分析㊀㊀首先,对刚度进行对标分析,因两种建模仿真分析方法的差异在于表面一层极薄的壳单元,不会影响整体刚度,刚度对标不加区分哪种建模方法㊂如表1所示为CAE 仿真和台架试验刚度数值比较㊂由表1可知,板簧主簧刚度仿真和测试值的误差为3.3%,复合刚度分析的误差为5.0%,因此验证了板簧有限元建模及刚度分析具有较高的可靠度,为其他分析提供了科学基础㊂表1㊀板簧刚度仿真与测试值对比Tab.1㊀Simulation and test result of leafspring stiffness测试Test CAE 仿真CAE simulation误差Error /%主簧刚度Primary stiffness /(N /mm)9093 3.3复合刚度Combined stiffness /(N /mm)1401475.0图5所示为第1片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究847㊀㊀板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0),从曲线可以判断,基于一阶六面体网格加表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异很大㊂表2所示第1片板簧为一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表2可知,仿真精度能达到90%㊂图6所示为第1片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第1片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法可以具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图5㊀第1片簧应力分布曲线Fig.5㊀Curves of leaf 1stressdistribution图6㊀第1片板簧应力分布云图Fig.6㊀Stress nephogram of leaf 1表2㊀第1片簧测试应力和仿真应力对比Tab.2㊀Comparison of leaf 1test stress and simulation stress 应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa 仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65113311230.9应变花2Gauge 2-130******** 2.6应变花3Gauge 3-23013281364-2.6应变花4Gauge 4-33012691305-2.8应变花5Gauge 5-43010651092-2.5应变花6Gauge 6-530822748.98.9应变花7Gauge 7-590425421.13.0图7所示为第3片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0)㊂从曲线可以判断,基于一阶六面体网格及其外表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异巨大㊂表3所示为第3片板簧一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表3可知,仿真精度能达到90%㊂图8所示为第3片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第3片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其外表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图7㊀第3片簧应力分布曲线Fig.7㊀Curves of leaf 3stress distribution 表3㊀第3片簧测试应力和仿真应力对比Tab.3㊀Comparison of leaf 3test stress and simulation stress应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65722737.4-2.1应变花2Gauge 2-130925954-3.1应变花3Gauge 3-23011001149-4.4应变花4Gauge 4-33011701221-4.5应变花5Gauge 5-4309801035-5.6应变花6Gauge 6-530580550.5 5.1应变花7Gauge 7-62041403.6图8㊀板簧3应力分布云图Fig.8㊀Stress nephogram of leaf 32㊀板簧台架疲劳CAE 分析及试验对标㊀㊀强度分析不足以在设计阶段对板簧疲劳寿命进行定量评估,因此,需要进行疲劳分析来对其耐久寿命进行评估㊂板簧的疲劳寿命除了和在外力作用下受到的应力水平及材料特性有关外,也和制造工艺有关㊂板簧的热处理及喷丸工艺对其寿命影响显著,本文针对不同的表面修正系数与寿命的关系进行了台架试验对标分析㊂2.1㊀钢板弹簧材料参数测试㊀㊀为了获取钢板弹簧的材料疲劳参数,对板簧坯料㊀848㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀进行取样㊂之所以是对钢板弹簧坯料而不是板簧样件进行取样测试,主要是因为板簧样件具有一定的弧度及表面热处理,会影响疲劳性能参数㊂表4所示为实测的板簧坯料材料性能参数,由表4中参数拟合获得S-N 曲线㊂表4㊀板簧材料疲劳测试参数Tab.4㊀Leafspring material fatigue parameter序号No.最大应力Max stress /MPa应力幅值Stress amplitude /MPa寿命Life /cycle 1950405513942950405873823950405760904750315192360575031516440867503151272527700292.53470788700292.52720649700292.558519710680283.553923711680283.571685412680283.552692013680283.588862114680283.576730415650270135681716650270905346176502702394278186502701635917196502707562412.2㊀台架试验㊀㊀板簧应变花贴片会影响板簧的表面组织,从而影响板簧的疲劳寿命,取新的板簧样件5件,安装于台架上(图9),进行板簧的台架疲劳寿命试验㊂板簧疲劳测试方法为:先将板簧垂向加载至板簧满载弧高,然后以满载到板簧极限行程的位移幅值做往复正弦加载分析,试验至板簧断裂为止㊂图9㊀板簧台架疲劳测试Fig.9㊀Leafspring fatigue rig test2.3㊀不同CAE 仿真设置与台架试验对标㊀㊀本文选取5组板簧样件为试验对标对象,样件来源于经过严格工艺控制的同一生产批次㊂为规避各组样件间尺寸偏差对对标精度产生影响,对每组实物样件进行点云扫描;然后基于点云逆向绘制三维CAD 模型,基于样件逆向的CAD 模型创建CAE 模型;最后进行疲劳仿真对标分析㊂疲劳分析时,不同应力状态求解方法如下:约束边界条件,板簧前后卷耳释放沿板簧长度方向的自由度及绕卷耳轴线方向自由度,其他自由度约束;在板簧座分别施加垂向位移D Z1㊁D Z2㊁D Z3,获得三个有限元模型,并基于Abaqus 求解获得三个.odb 结果文件㊂其中,D Z1为板簧从自由状态位移到板簧在整车满载静止平衡状态下位移量,D Z2为板簧从自由状态位移至板簧在整车状态下的极限位移值(限位块压缩到极限位置),D Z3=D Z1-(D Z2-D Z1)㊂该规范依据损伤等效原则[10],将试验场实测板簧垂向位移的随机信号转换成等幅值的规则谱信号[11]㊂由于钢板弹簧在垂向受载时,理论最大应力幅值位置不发生变化,为了简化试验设置,台架试验时仅等效为一种台架试验载荷进行台架试验㊂将上述三个有限元结果文件导入疲劳分析软件,模拟和试验一致的疲劳受力流程计算疲劳寿命㊂疲劳分析时需要考虑表面粗糙度疲劳分析软件,软件有Polished 和As Rolled 等类型,考虑板簧的制造过程为滚压成型,本文将表面粗糙度设置为As Rolled 类型,即滚压类型㊂由于大部分疲劳失效起源于板簧的表面,因此,工程实践中通常通过表面处理来提高板簧的疲劳寿命㊂热处理及喷丸是板簧表面处理的重要工艺,喷丸工艺通过引入表面的残余压应力来提高表面疲劳寿命㊂喷丸工艺参数对表面的残余压应力及疲劳寿命有很大的影响㊂本文为了研究某一板簧供应商的表面处理工艺过程对板簧疲劳寿命的影响,在疲劳软件中对表面处理系数(Surface Treatment Factor,STF)进行对标研究㊂疲劳仿真分析过程中,针对每个样件,分别采用1.0㊁1.1㊁1.2三个不同的表面系数进行仿真分析,仿真分析结果与试验结果如表5所示㊂由表5可知,表面处理系数对仿真疲劳寿命影响显著,表面处理系数值越大,仿真疲劳寿命越长;试验寿命值介于表面处理系数1.1与1.2所对应的仿真疲劳寿命值之间,且与表面处理系数1.1的仿真疲劳寿命值更接近;同时,考虑到试验值与仿真值之间的安全裕度,板簧仿真分析过程中,表面处理系数采用1.1能获得更高的对标精度,图10和图11所示分别为样件3台架试验结果和CAE 仿真分析结果,断裂位置仿真与试验非常接近㊂其中,五个实物样件均从宏观和微观入手进行了板簧断裂失效机理分析,宏观断口形貌见图12,可见明显的瞬断区㊁疲劳扩展区与疲劳源区,属于典型的疲劳断裂㊂对疲劳源区进行电镜扫描观察,图13所示为源区的微观形貌,未见明显冶金缺陷㊂㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究849㊀㊀表5㊀不同表面修正系数仿真结果和台架试验对标Tab.5㊀Different CAE result and rig test result疲劳寿命Fatigue life表面处理系数STF样件1Sample 1样件2Sample 2样件3Sample 3样件4Sample 4样件5Sample 51887947909898347918771098141.1103464883431190981090061257301.2136884114737151946142409154406试验Test 10909190800125106118963130205图10㊀断裂板簧台架试验Fig.10㊀Rig test of fractureleafspring图11㊀疲劳寿命CAE 仿真结果Fig.11㊀CAE simulation result of fatiguelife图12㊀试件断口宏观形貌Fig.12㊀Macro morphology of the specimenᶄsfracture图13㊀疲劳源区微观形貌Fig.13㊀Micro morphology of initialization3㊀结语㊀㊀为了找出CAE 仿真板簧疲劳寿命的有效方法,首先对板簧刚强度仿真模型进行台架试验对标,找出了能够保证仿真精度的板簧CAE 仿真建模方法;然后基于实测板簧疲劳材料参数,应用不同的表面修正系数对板簧进行疲劳寿命对标研究,找出和试验结果较吻合的CAE 仿真参数设置㊂得出了以下结论:1)板簧基于3~5mm 一阶六面体单元进行建模,无法获得精确的强度分析结果;基于一阶六面体单元包裹壳单元(0.001mm 厚)进行建模,刚强度分析结果和台架试验对标良好,模型可以用于疲劳寿命仿真分析㊂2)板簧疲劳仿真分析中,板簧的表面修正系数对疲劳仿真结果影响很大,本文所研究板簧厂的板簧表面修正系数取1.1能和台架试验良好对标㊂3)该板簧CAE 仿真分析及对标具有较大的工程价值㊂参考文献(References )[1]㊀MEHMET B,BASARAN O,CANER D.Correlation of simulation testbench and rough road testing in terms of strength and fatigue life of a leaf spring [C]ʊ2017Procedia Engineering,2018(213):303-312.[2]㊀AHMET K,MURATHAN S,TOLGA E,et al.Parabolic leaf springoptimization and fatigue strength evaluation on the base of road load data,endurance rig test and non linear finite element analysis [R].SAE Technical Paper,2011:2011-01-0438.[3]㊀顾永梁.少片钢板弹簧的结构设计与疲劳寿命计算[D].长沙:湖南大学,2012:4-8.GU YongLiang.Taper leafspring structure design and fatigue life calculation [D ].Changsha:Hunan University,2012:4-8(In Chinese).[4]㊀KONG Y S,OMAR M Z,CHUA L B,et al.Fatigue life prediction ofparabolic leaf spring under various road conditions[J].EngineeringFailure Analysis,2014(46):92-103.[5]㊀MEHMET B,MURAT S,SERTER prehensive durabilityassessment of leaf springs with CAE methods [R].SAE Technical Paper,2014:2014-01-2297.[6]㊀MURATHAN S,NILAY G,MUSTAFA K,et al.Parabolic leaf springfatigue life based on road load data,endurance rig test and wind up evaluations [R].SAE Technical Paper,2012:2012-01-0227.[7]㊀TAKAHASHI K,AMANO T,ANDO K,et al.Improvement of fatiguelimit by shot peening for high-strength steel containing a crack-like surface defect[J].International Journal of Structural 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基于台架试验及仿真的白车身耐久问题优化
基于台架试验及仿真的白车身耐久问题优化薛军;罗培峰;钟建强;谢锋;谭东升【摘要】某自主品牌MPV通过对ET试制数据进行CAE分析确定潜在开裂点,在样车出来后进行二十四通道耐久试验验证,然后将仿真结果和试验结果进行拟合,针对开裂区域优化,最终得到的PT试制数据仿真结果与PT试制样车耐久试验结果一致,无开裂现象发生.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(047)008【总页数】4页(P64-66,221)【关键词】二十四通道试验;综合耐久试验;高强耐久试验;焊点开裂;白车身【作者】薛军;罗培峰;钟建强;谢锋;谭东升【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州511434【正文语种】中文【中图分类】U4670 前言对于新车型开发，CAE耐久分析[1]的结果无法保证每个点都能准确判断，同时考虑到成本及轻量化设计，ET试制[2]数据的部分风险点往往会妥协通过，然后在ET试验阶段重点跟进潜在风险点。
某自主品牌MPV用ET试制样车进行二十四通道耐久试验[3]，发现开裂位置并进行设计优化，在ET试制样车综合耐久试验未完成之前即发布了PT试制[2]数据，PT试制样车耐久试验无开裂，保障了开发周期以及节省了开发费用。
1 白车身开发过程简介1.1 预研阶段根据整车设计任务书编写车身技术方案，确定总体开发目标、思路及策略，包含车身形式、生产共线方案、焊接技术、平台构架策略[4]、底盘及发动机搭载方案、碰撞及重量目标、沿用选型件清单等。
1.2 概念设计阶段根据造型、总布置设计初版白车身数据，通过碰撞分析以及车身刚度、模态灵敏度分析开展白车身性能优化，在生产线约束条件下进行共线可行性优化。
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臂 不仅 完全 能 够满 足耐 久试 验 要求 ， 而 且 达到 了减 重 ３ ４ ． ４ ％的效果 。
主题 词 ： 铝合 金控 制臂
量 均 能增 大 喘振 裕 度 。通 过 仿 真 分 析 得 到 了不 同海 拔
能试验研究． 内燃机学报， ２ ０ ０ ３ （ ３ ） ： ２ １ ３ ～ ２ １ ６ ．
２ 靳嵘 ， 张俊跃 ， 胡力峰 ， 等． 高原 自适应 柴油机涡轮增压技
术研究． 内燃 机 工 程 ． ２ ０ １ １ （ ４ ） ： ２ ７ ～ ３ １ ．
ＣＡ Ｅ分析
台架试 验
结构优 化
中图分 类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ３ ３ ５ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０ — ３ ７ ０ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ９ — ０ ０ ２ ６ — ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ Ａｌ ｌ ｏ ｙ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ａｒ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ
ｏ ｎ Ｂｅ ｎｃ ｈ Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ ＣＡＥ
Ｙｕ ｅ Ｐｅ ｎ ｇ ｆ ｅ ｉ ， Ｌ ｕ ｏ Ｘｉ ａ ｏ ｄ ｏ ｎ ｇ ， Ｆ ａ ｎ ｇ Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ， Ｔ ａ ｎ ｇ Ｂｅ ｉ ｐ ｉ ｎ ｇ ，Ｍａ Ｄｏ ｎ ｇ ｙ ｕ
（ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ａ ｎ Ａｕ ｔ ｏ Ｒ＆Ｄ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ａ ｎ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． 。 Ｌ ｔ ｄ ）
车行 业主要关注 问题之一 。汽车轻量化是实现节能减
排的重要手段 ， 采用轻量化技术可减轻整车质量 ， 进而 降低油耗 ， 提高汽车经济性 。
部件上应用的相对较少 。为此 ， 本文研究了铝合金控制
臂 的开发方法 ， 以达 到减轻零件质量 ， 实现汽车轻量化
的 目的
ａ ． 在低转速时 ， 降低 中冷后 温度或减少循环供油
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］ Ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｍ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ， ｏ ｎ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ Ｃ Ａ Ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｒ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ａｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｍ， ＣＡＥ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， Ｂｅ ｎ ｃ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ， Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
高度 下 中冷后温度为 ８ ０℃时 ， 可保证发动机安全运行
的最大外特性循环供油量 ， 为柴油机高原供油控制策略
的制 定 提供 依 据 。
３ 叶林 保， 杨林 ， 高治宏 ． 汽 车用 涡轮增压柴油机 高原性能
ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｍ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｕ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ． ｂ ｕ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｆ ３ ４ ． ４％．
１ 前 言
当前 ， 由于资源与环境问题越来越 突出 ， 各 国的汽 车油耗和排放法规要求越来越严格 ， 节能减排 已成为汽
利用合金材料 、 复合材料代替传统汽车钢材可明显
减 轻 整 车 质 量 。 目前 市场 上 大 部 分 的发 动 机缸 盖都 采
用铝合金材料 ， 使用铝合金缸体 的发动机 比同等排量的 铸铁发动机能减轻约 ２ ０ 的质量。但铝合金在底盘零
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２ ０ １ ５ 中国汽车工程学会年会优秀论文 （ 选登 ） －
基 于台架试 验和 Ｃ Ａ Ｅ的铝合金控 制臂开发研 究
岳 鹏 飞 罗晓 东 方川 唐 北 平 马 东宇
（ 重庆 长安 汽车股 份有 限公 司汽 车工程 研究 总 院 ）
【 摘 要】 针对某车型设计 了铝合金控制臂 ， 对该控制臂进行了台架试验和Ｃ Ａ Ｅ 分析 ， 并根据试验分析结果对该控制臂