某懸置橫梁開裂分析及優(yōu)化

洪健，李立波，顧海南

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某懸置橫梁開裂分析及優(yōu)化

洪健，李立波，顧海南

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

懸置橫梁是發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)主要的支撐部件之一，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度關(guān)系到發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性與整車行駛過程的安全性?，F(xiàn)針對一款車型的懸置橫梁開裂問題，進(jìn)行系統(tǒng)的分析排查，文章以公司自產(chǎn)的多功能商用車為例，通過CAE分析與材質(zhì)符合性分析對故障點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證分析，論證懸置橫梁的改進(jìn)方案對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

懸置橫梁；強(qiáng)度分析；優(yōu)化設(shè)計

CLC NO.:U472.42 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-72-03

引言

懸置橫梁主要是支撐動力總成，通過懸置軟墊與變速箱連接。懸置橫梁的可靠性直接影響到整個動力總成的匹配安全。由于動力總成及底盤系統(tǒng)受力及運(yùn)動的復(fù)雜性，對于目前懸置系統(tǒng)橫梁的可靠性開發(fā)，重要的驗(yàn)證方法就是強(qiáng)化道路的可靠性驗(yàn)證。本文針對某款車型懸置橫梁強(qiáng)化路面試驗(yàn)過程中的開裂問題，進(jìn)行CAE結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及對比、材質(zhì)符合性分析，沖壓工藝分析，完成懸置橫梁的優(yōu)化，解決開裂問題，為后期的沖壓件的設(shè)計開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

1、懸置橫梁開裂的故障描述

根據(jù)P0車(第一臺路試樣車)的道路可靠性驗(yàn)證數(shù)據(jù)，經(jīng)過強(qiáng)化路4728km(折合普通公路70920km)。懸置橫梁出現(xiàn)開裂，相關(guān)信息如下：

圖1 故障位置

圖2 開裂點(diǎn)在整車的位置

表1 懸置橫梁的主要部件及材料參數(shù)(裂紋出現(xiàn)在下板)

2、懸置橫梁開裂原因分析

根據(jù)對上述故障描述我們將重點(diǎn)通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度CAE分析來指導(dǎo)整個過程的問題調(diào)查。

2.1 懸置橫梁開裂的應(yīng)力應(yīng)變分析

2.1.1 邊界條件

對現(xiàn)有故障件的原始模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用ADAMS/car建立分析模型，提取故障點(diǎn)位置處的典型22工況下的力與位移，并將提取的力導(dǎo)入到Hypermesh中劃分網(wǎng)格，提取局部應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。

Hypermesh中分析所得到的應(yīng)力應(yīng)變云圖，截取不合格項(xiàng)如下：

圖3 不合格工況下的應(yīng)力應(yīng)變云圖

強(qiáng)度分析結(jié)果表明在上述四個工況下，懸置橫梁左側(cè)后安裝點(diǎn)處存在高度應(yīng)力集中，主要集中在過渡圓角處，在以垂直沖擊載荷為工況主條件下應(yīng)力超過材料的許用強(qiáng)度(DC04的最小抗拉強(qiáng)度為270MPa)，分析結(jié)果與實(shí)際開裂處位置相同，開裂風(fēng)險較高。

2.1.2 基于強(qiáng)度分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖4 圓角半徑為3mm的懸置橫梁

圖5 圓角半徑為6mm的懸置橫梁

根據(jù)上節(jié)的分析結(jié)果，可以知道應(yīng)力主要集中在沖壓圓角處，現(xiàn)在的優(yōu)化方向是增大沖壓圓角半徑，由現(xiàn)在的3mm增大到6mm。

表2 優(yōu)化前與優(yōu)化后對比

由優(yōu)化后的結(jié)果可以看出，最大應(yīng)力值，最多降低了50MPa，安全系數(shù)由最小0.978變?yōu)?.16，通過增加過渡圓角半徑的優(yōu)化方案有效降低了應(yīng)力集中，可以作為一個整改方向。

2.2 材質(zhì)分析

此次開裂的懸置橫梁為兩塊DC04-1.5的冷軋鋼板經(jīng)過點(diǎn)焊焊接工藝焊接在一起，由于實(shí)際開裂在下板的沖壓圓角處(圖1所示)，因此對故障件取樣進(jìn)行材質(zhì)分析，分析結(jié)果如下。在沖壓生產(chǎn)線截取樣塊進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

表3 材質(zhì)各元素含量分析結(jié)果

表4 板材拉伸試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過分析此次故障件所使用的原料板材符合要求，排除此原因點(diǎn)。

2.3 沖壓工藝分析

取沖壓后但未經(jīng)電泳處理的毛坯件進(jìn)行板厚檢測。發(fā)現(xiàn)原材料板厚為1.5mm，但開裂圓角處的板厚僅有1.3mm左右。

試驗(yàn)項(xiàng)目 樣件1 樣件2 樣件3 樣件4沖壓后厚度 1.30mm 1.28mm 1.26mm 1.22mm

由上述檢測數(shù)據(jù)可以看出，在沖壓的過程中存在拉伸變薄的問題，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于CAE建模分析過程中所設(shè)定的板厚是1.5mm，因此拉伸變薄的懸置橫梁圓角處的安全系數(shù)將比分析結(jié)果還要低。

2.4 懸置橫梁最終確認(rèn)的改進(jìn)方案

針對3.1以及3.3分析出的問題點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，將斷裂處的圓角半徑由3mm改為5mm(考慮到圓角更改的過大會造成不能完全成型，所以僅僅只將圓角更改到5mm)，在增大圓角的同時也能夠降低沖壓過程中變薄的程度。

2.5 懸置橫梁方案改進(jìn)方案驗(yàn)證

2.5.1取沖壓后的樣件進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)圓角處拉伸變薄的程度已經(jīng)減小，檢測結(jié)果如下：

表6

2.5.2 裝車驗(yàn)證

改進(jìn)后的懸置橫梁經(jīng)過新的一輪1.1萬公里強(qiáng)化路的可靠性驗(yàn)證，懸置橫梁沒有出現(xiàn)裂紋，證明改進(jìn)后的方案有效。

3、結(jié)論

通過上述實(shí)例可以知道，此次懸置橫梁開裂的原因主要是，橫梁上圓角處的圓角設(shè)定過小，導(dǎo)致應(yīng)力集中且沖壓過程中出現(xiàn)拉伸變薄。

懸置橫梁上的沖壓圓角，圓角的半徑越大，應(yīng)力集中的程度越小，同時沖壓后的減薄程度越小。對后期板材沖壓成型具有借鑒作用。

[1] 門玉琢等.校車車身懸置橫梁強(qiáng)化路耐久性斷裂試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計與制造,2014.

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Analysis and Optimization of Suspension beam Breakage

Hong Jian, Li Libo, Gu Hainan
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Suspension beam is one of the main supporting parts of engine mounting system, The structure strength of which is related to the stability of the engine and the safety of the vehicle driving. Now systematic investigation and analysis had been carried out for one car suspension beam crack issue.This paper take a production of the company's multi-functional commercial vehicle as an example,use CAE analysis and material conformity analysis to verify failure point,demonstrates the effect of the suspension beam improvement program on structure strength.

Suspension beam; strength analysis; optimal design

U472.42

A

1671-7988(2016)07-72-03

洪健，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.023