刘 美_基于MotionView的麦弗逊前悬架载荷及强度分析

Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集 基于 MotionView的麦弗逊前悬架载荷及强度分析 刘美 宋婷婷 沈福亮 赵鹏程 浙江吉利汽车研究院有限公司 -1- Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集 基于MotionView的麦弗逊前悬架载荷及强度分析 The Load and Strength Analysis of Macpherson Front Suspension Based on MotionView 刘美 宋婷婷 沈福亮 赵鹏程 （浙江吉利汽车研究院有限公司） 摘 要: 汽车悬架系统为一多体系统，部件之间的运动关系十分复杂，人工计算很难精确 地计算悬架在各工况下的受力情况。本文以某车型麦弗逊前悬架为例，使用多体动力学软件 MotionView 建立前悬架多体动力学仿真模型，把下控制臂替换成柔性体，模拟前悬架在各 工况下的受力，并在 HyperView中查看下控制臂的强度，与 NASTRAN计算的结果作对比。 关键词: MotionView，悬架，载荷，强度 Abstract：The suspension assembly of car is a multi-body system and the motion relationship among the parts is very complicated, so it brings many difficulties to compute the force of suspension under every load cases with traditional computation methods. This paper, based on a certain car of Geely, establishes the simulation modeling with flexible lower control arm of Macpherson front suspension in MotionView, simulate the force of suspension under every load cases, see the strength of lower control arm in HyperView, and compare the result which computed by NASTRAN. Key words: MotionView，suspension，load case，strength 1 引言 麦弗逊式前悬架是铰接式滑柱与下摆臂组成的悬架形式。减振器兼做转向主销，转向 节可以绕着减振器转动，构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性， 是轿车最常采用的悬架形式之一。在实践中，为了分析 GEELY某款车前悬架的强度，借用 MotionView 软件，构建该悬架的运动学模型，进行静载荷分析，得到各个关键点的受力情 况，为悬架强度分析提供输入。 MotionView是澳汰尔公司开发的新一代多体动力学仿真分析软件，是一个通用的多体 动力学仿真前处理器和可视化工具，采用完全开放的程序架构，可以实现高度的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 自动化 和客户化定制。它具有简洁友好的界面，高效的建模语言（MDL），同时也是一款支持多求 解器输出的多体动力学软件，可以将模型直接输出成ADAMS、DADS、ABAQUS和 NASTRAN等多种求解格式文件，或直接由MotionSolve求解。 MotionSolve 是新一代的多体动力学求解器，采用创新的点辅助坐标系统 -2- Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集 （Point-Auxiliary-Coordinate System），具有计算更快速、更稳定的优点，适用范围广泛， 可以处理机械系统动力学、车辆动力学、隔振、控制系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、悬架运动学、针对耐久性分 析的载荷预期和稳健性仿真等多方面问题，可以对具有复杂非线性特性的模型进行仿真。 2 麦弗逊前悬架仿真模型的建立 研究系统动力学，建立仿真模型，归纳起来有以下几个典型步骤： 1) 机械系统的物理抽象； 2) 获取模型的运动学（集合定位）参数，建立抽象系统的运动部件和约束，从而建立 运动学模型。校验模型的自由度及正确性； 3) 获得模型的动力学参数，定义模型中部件、铰接与弹性元件及外界条件，如道路模 型、轮胎模型等的特性，建立动力学模型； 4) 对动力学模型进行调整与仿真计算； 5) 对仿真计算结果进行后处理。 麦弗逊前悬架左右对称于汽车纵向平面，根据麦弗逊前悬架的实际系统，简化出与其原 理一致的抽象几何模型。在 MotionView中使用 model 菜单下的 assembly wizard建模向导 建立所有的悬架系统的各个部件的模型，依据已有的悬架硬点数据修改软件的相应参数数值 或者自己建立新的悬架模版嵌入到模型构建向导中以供选择使用，建立与实际车辆一致的模 型；在 MotionView中各相应面板中根据实际的数据输入前悬架系统螺旋弹簧、减振器等部 件的力学特性参数，修改并完成了整个悬架模型的构建。最后根据 analysis菜单下的分析 工况向导 task wizard选择 static load analysis工况进行分析，从而完成分析的前期准备， 然后采用 MotionSolve求解。 图 1 悬架模型的构建向导 图 2 选择分析的悬架类型 -3- Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集 图 3 根据工况选择向导选择静载荷分析模版 3 下控制臂有限元模型的建立： 3.1网格划分 采用壳单元进行网格划分。结点数和单元数见表 1。 表 1 左右下控制臂总的结点数和单元数 零件 结点数 单元数 下控制臂 19222 28080 3.2 材料与属性 计算中所使用的材料参数如下： 合金钢的材料参数： 弹性模量：210GPa 材料密度：7.8e+3kg/m3 泊松比：0.3 长度单位为：mm 4 下控制臂柔性体的生成： MotionView对多柔体系统来说是一个强大的前处理器，并完全集成在 HyperWorks框 架中，方便创建柔体模型。调用 OptiStruct生成柔体模型，在窗口中定义生成柔性体的设置， 如选择 perform stress recovery、perform strain recovery，在后处理中可以查看柔性部件的 应力、应变等；选择界面点，下控制臂的界面点选择控制臂的前点、后点及球头点；将生成 的柔性体 H3D 文件添加到 MDL 模型中，最后将组合到一起的刚体和柔体模型进行仿真分 析和动画显示，采用柔性体单元可以精确地预测系统的载荷和运动。柔性体及在 MotionView 中创建的麦弗逊前悬架刚柔体模型如图 4： 图 4 前悬架刚柔体模型 -4- Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集 5 麦弗逊前悬架载荷分析的工况： 在 static load analysis下的 vehicle params中设置好整车参数，在 loadcases中选择 施加力的点，本文中选择轮胎接地点施加力，选择两种工况来对比 MotionSolve 与 NASTRAN计算的结果。 工况一： 垂直方向 3.5g的加速度，在左右轮胎接地点分别施加 15794N的力。 工况二： 后退方向 0.6g的加速度，垂直方向 1g的加速度，在左右轮胎接地点三方向分别施加 -1973N、0N、3288N的力。 6 麦弗逊前悬架下控制臂的载荷及强度对比结果： 模型 run后，可得到下控制臂各工况的载荷，通过 Load Export菜单导出详细的载荷。 由于结构对称，在上述两种工况下左右下控制臂的载荷对称，仅输出右下控制臂的载荷如表 2(一、二表示工况一、工况二)： 表 2 右下控制臂的载荷（力：N，力矩：N.mm） Fx Fy Fz Tx Ty Tz 球头点（一） -1942 3041 977 0 0 0 控制臂前点（一） 1001 -937 -266 -1294 -30 -110 控制臂后点（一） 941 -2104 -662 -635 -15 -51 球头点（二） -2671 500 -236 0 0 0 控制臂前点（二） 1359 3124 -336 453 -10 -33 控制臂后点（二） 1311 -3624 620 221 -6 -12 MotionSolve运行的结果文件 H3D中查看下控制臂的应力云图如图 5： 工况一 工况二 图 5 下控制臂应力云图 由于两种工况下，下控制臂的载荷是左右对称的，我们选取右边的下控制臂，加载的载 荷如表 2所示，在 NASTRAN中采取惯性释放计算其应力，应力云图如图 6： -5- Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集 工况一 工况二 图 6 右侧下控制臂应力云图 7 结论 由图 5、6 可以看出，MotionSolve 计算的结果文件 H3D 中控制臂的应力大小，与 NASTRAN计算的结果文件 op2中控制臂的应力大小基本一致。 8 参考文献 [1] 《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册(基础篇)[M].北京:人民交通出版社，2001 . [2] MotionView users manual. [3] CAE and Multi-body Dynamics-Manual from Altair HyperWorks. -6-