MotionView在副車架開發中的應用

摘要：本文使用MotionView軟件建立前懸架剛柔耦合多體動力學分析模型，通過進行準靜態工況的加載來分析副車架的強度。并與臺架試驗結果進行對比，兩者之間有較高的吻合度。
關鍵詞：副車架 多體動力學 MotionView

1 概述

副車架作為重要的支撐和承載部件，其強度和疲勞壽命直接影響到乘員的安全，在開發過程中需要重點關注。傳統的開發過程需要先試制樣件或是樣車，然后通過整車道路試驗和臺架試驗對設計方案進行反復驗證，耗費大量的時間和金錢。隨著計算機仿真技術的發展，通過CAE分析對設計進行驗證被普遍應用到汽車開發過程中。

本文通過使用多體動力學分析軟件MotionView對某在開發的副車架進行了分析，以驗證其設計方案的結構強度，并將分析結果與臺架試驗結果進行對比，兩者基本吻合。

2 動力學模型建立

副車架主要承受來自地面和動力總成兩方面的載荷，其中地面載荷通過懸架傳遞到副車架，故對副車架進行分析需要建立帶有動力總成的前懸架動力學模型。

2.1 建立剛體模型

通過導入MotionView軟件自帶的麥弗遜式前懸架的模板，并將所有參數更新為本車型的數據，包括硬點、彈簧剛度、襯套剛度曲線、緩沖塊位置及曲線等。由于副車架還要承受來自動力總成的載荷，需要在模型中建立動力總成的子系統，包含動力總成質量、質心位置，懸置位置、安裝角度和剛度曲線等。

2.2 建立剛柔耦合模型

為了在MotionView中進行強度分析，需要建立剛柔耦合模型，即模型中的副車架為柔性體，其他部件為剛性體。

為了得到副車架的柔性體，首先在HyperMesh中建立副車架的有限元模型，定義材料和屬性參數，然后通過MotionView軟件的Flextools來生成模態綜合柔性體。副車架柔性體的前兩階模態信息如圖2和圖3所示。通過樣件的模態試驗得到的一階扭轉和一階彎曲模態的固有頻率分別為102Hz和176Hz，柔性體的固有頻率和模態振型信息與樣件的試驗結果基本吻合，表明柔性體模型能真實地體現實際樣件的特性，可用于下一步的分析計算。

將柔性體模型導入到建立好的剛性體模型中替換原先的剛性體副車架，并做好相應的關聯，生成剛柔耦合模型如圖4所示。

3 強度分析

為了分析副車架地強度，本文選取了4個具有代表性的準靜態分析工況，分別為制動、轉向、制動帶轉向和垂向沖擊工況。

在MotionView軟件中加載Static Load Analysis分析模板，根據各工況的加載系數在車輪和動力總成的位置依次加載相應的載荷。

經過分析計算，在制動工況下控制臂前襯套安裝支架上出現高應力區域，該區域可能存在強度風險，分析結果如圖5所示。

通過副車架樣件的疲勞臺架試驗，在如圖6位置出現了開裂現象，其位置與分析結果中的高應力區域基本一致。

4 結論

通過在MotionView軟件中建立剛柔耦合的懸架多體動力學分析模型，可以對副車架等部件進行強度分析，分析結果能較好地與試驗結果吻合，可以利用仿真分析進行設計驗證，以減少重復試驗，縮短開發周期，降低開發成本。

5 參考文獻
[1] MotionView User’s Manual;
[2] B Heibing M Ersoy. Chassis Handbook. Berlin: MercedesDruck, 2011;
[3] 蔣瑋. 副車架有限元分析及優化設計. 北京汽車, 2010, 2: 13-15.