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車架是發(fā)動機、底盤和車身中各總成件的安裝基體，這些總成的質量及其傳給車架的力和力矩，能造成車架有限元分析和疲勞破壞，傳統(tǒng)強度分析只又車架建模，不能反映受載過程中各板簧協(xié)調變形又應力分布的影響。以在開發(fā)的輕卡為研究對象，應用前處理軟件HyperMesh和MSC Nastran求解器，建立車架及簡化懸架模型，進行典型工況的靜強度分析，并根據(jù)計算結果提出多種改進方案，有效避免該車架的強度風險。
該車架為邊梁式?jīng)_壓鉚接車架，兩側為2條縱梁，中間為若干條橫梁，橫梁與縱梁之間用連接板過渡，縱梁、連接板、橫梁均采用鉚釘連接。根據(jù)結構特征，車架薄壁結構均采用三維殼單元離散。車架通過懸架與車橋連接，為使計算分析中車架的支撐邊界符合實際情況，將鋼板彈簧等效為一根水平放置的矩形截面梁。對于副簧承力工況，同樣按等效矩形截面梁處理，主副簧中點用RBE2連接，副簧兩端點與兩限位塊之間建立位移約束方程MPC。為副簧端點向位移UZ。為限位塊下端面中心點：h為空載時副簧端點與限位塊下端面中心點垂向間距。使副簧端點與限位塊下端面垂向間距保持恒定，以主從節(jié)點將等效梁兩端點與相應車架上的鋼板彈簧吊耳之間模擬成剛體結構，等效梁寬度W為式中：K為板簧夾緊后垂向剛度；L為板簧壓平狀態(tài)吊耳與卷耳端水平間距；E為等效梁材料彈性模量。為模擬實際情況，各等效梁中點取為本文模型的支撐點，有限元模型見圖。動力總成和車身質量施加到相應安裝點，車廂和負載質量施加到車架縱梁上翼面接觸車廂底部的所有單元上，困彎曲工況約束兩前輪UX，UZ，兩后輪UX，UY；扭轉工況約束左前輪UZ，右前輪UY，這些風險位置是受載較大位置或縱梁截面突變位置，應力較大，需進行結構優(yōu)化。
原結構在4種工況下的應力分布，根據(jù)應力分布結果，找出強度風險較大位置。優(yōu)化措施前橫梁加寬10mm，與縱梁連接的鉚釘孔增加1個，取消前橫梁底部三角形墊板，主要目的是增加車架前端局部扭轉剛度，優(yōu)化措施。變速箱懸置橫梁加長，穿過縱梁腹面，與縱梁外腹面焊接，橫梁連接板由4mm加厚至5mm。主要目的是降低懸置橫梁接頭處的應力，提升變速箱懸置安裝點剛度，優(yōu)化措施。變速箱懸置橫梁處上下角板改為整體內襯，并適當加長，內襯兩端切成斜角使過渡平緩，主要目的是增加該部位局部強度，提升車架整體剛度，優(yōu)化措施。后簧前后支座處2根橫梁連接板減短，主要目的是削減結構冗余部位，節(jié)省板材，實優(yōu)化后各工況下整體應力水平均有下降，優(yōu)化后各工況應力分布，優(yōu)化措施，增加內襯板后，車架側彎部位的強度明顯提高，應力水平大約下降40%；優(yōu)化措施。
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