1 前言
機械系統自動動力學分析(MSC/ADAMS)是目前汽車行業廣泛使用的多體系統仿真分析軟件ADAMS軟件可以方便地建立參數化的模型，只要輸入具體的多剛體模型參數，軟件本身就會自動建立力學方程，運用數值積分和微分的方法計算出系統的動態性能及零部件的受力情況。通過將該載荷輸入到MSC/NASTRAN中對零件進行分析，可以找出零部件的薄弱部位，為將來的改進設計提供依據。本文以某轎車（以下稱為X轎車）的副車架焊接總成為例，詳細介紹分析過程。
X轎車的樣車在試車場路試時，副車架焊接總成多次出現早期焊接開裂和材料破壞情況。為找出該總成的薄弱環節，利用ADAMS軟件的動力學仿真功能，建立了包括副車架在內的前懸架運動學模型，并對3種典型工況下副車架的受力進行了計算，然后用有限元分析軟件MSC/NASTRAN對其進行靜力計算。
2 X轎車前懸架結構
X轎車前懸架為多連桿式結構，上搖臂一端與轉向節相連，另一端通過兩個襯套與車身相連。懸架下端的承載搖臂和導向搖臂分別與轉向節和副車架相連。減振器上端通過螺栓與車身相連，減振支柱下端與承載搖臂相連，螺旋彈簧與減振器串接，前懸架受力分析模型見圖1。
圖1 X轎車前懸架受力分析模型
3 X轎車副車架受力分析的ADAMS模型
X轎車的前懸架在本模型中被簡化為10個部件組成，各部件間的連接關系如表1所列。
表1 X轎車前懸架中各部件間的連接類型
建模中用到的數據由整車廠提供，對于模型中用到的一些從整車廠暫時無法得到的數據，使用經驗值。
4 3種工況下的副車架受力計算及結果
根據客戶提供的參數和數據，確定轎車在通過不平路面、制動和側滑時副車架可能的極限受力工況，由此計算出在垂直力、縱向力、側向力分別為最大情況下的前輪受力，計算結果如表2所列。
表2 3種極限工況下X轎車前輪的受力計算結果（單位：N）
ADAMS/CAR為懸架提供了6種常用的分析方法：兩輪同步跳動、兩輪反向跳動、單輪跳動、轉向分析、靜載分析和文件驅動分析模式。在靜載分析中，用戶可以輸入車輪回正力矩、側向力、制動力、驅動力、輪心處垂直力或位移、轉向盤轉角或齒條位移二通過將上述計算出的力施加到車輪上，系統會自動計算出懸架的各種特性及零部件連接點的六分力，同時利用ADAMS的后處理功能可以方便地對數據進行輸出。靜載分析計算得到的結果如表3所列。
表3 3種極限工況下X轎車副車架的受力計算結果
5 有限元分析與實車路試對比
5.1有限元模型的建立
三維幾何模型取自X轎車的CATIA模型轉換成的IGES數據，曲面共1726個（圖2）。材料為鋼板，彈性模量為2x10-5MPa，泊松比為0.3，賦值于所有的單元上。副車架與車身連接點簡化成6個自由度完全約束。本模型以SHELL單元劃分有限元網格，以桿單元模擬點焊。以MPC（多點約束）簡化加載和約束作用點。網格劃分邊長取12mm，共有單元17576個，節點17750個，MPC10個。
圖2 X轎車副車架的三維模型
5.2有限元分析結果與實車路試對比
將ADAMS計算出的副車架受力作為有限元靜力分析的載荷，計算得到的應力集中部位與實車路試的破壞部位對比如圖3、圖4（最大應力出現在制動工況）。
圖3 副車架有限元分析的應力云圖（局部）
圖4 實車路試時副車架破壞的圖片
考慮到橡膠襯套的簡化處理，計算出的最大應力在250MPa左右。將有限元的分析云圖與路試現場圖片進行對比可以看出，有限元計算出的應力集中部位和實車路試破壞部位相當吻合，即CAE的分析計算較好地反應了路試情況。
6 結論
通過利用動態仿真軟件和有限元軟件計算得到的結果與實車路試的結果進行對比，說明聯合應用ADAMS和NASTRAN對汽車零部件進行分析是可行的，同時也說明CAE分析過程中的假定、簡化、建模與分析方法基本正確，從而為副車架改進設計提供了理論根據。
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本文標題：CAE在轎車結構件分析中的應用
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