基于Nastran的客户关联场景下某轻卡车架强度性能研究

吴静 胡永然 吴卫国 黄勤

摘 要：为获得典型客户关联场景下某轻卡车架刚强度和疲劳性能，文章基于有限元法，对四种不同载质量工况下三款车架进行了CAE模态、刚度、极限强度、疲劳强度分析，同时进行了试验场道路载荷谱采集和分析工作，分析结果表明，项目车架强度性能满足典型工况下结构强度性能目标要求，且最终路试考核验证通过。

关键词：客户关联;轻卡;车架;强度性能

中图分类号：U463.32  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）20-92-03

Abstract： In order to obtain the stiffness， strength and fatigue performance of a light truck frame under typical customer related scenarios， in this paper， based on the finite element method， the CAE modal， stiffness， ultimate strength and fatigue strength of three frames under four different load conditions are analyzed， at the same time， the collection and analysis of road load spectrum are carried out， The analysis results show that the strength performance of the frame of the project meets the requirements of the structural strength performance under typical working conditions， and the final road test verification is passed.

Keywords： Customer scenario; Light Truck; Frame; Strength performance

CLC NO.： U463.32  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）20-92-03

1 引言

隨着国家经济快速发展，商用车轻卡销量也得到迅猛增长。轻卡市场可细分为城市物流市场、市郊区物流市场、农村货运市场等，而不同客户关联使用场景可大致分为1吨、2-3吨、4-6吨、6吨以上[1]。车架是轻卡底盘、动力系统和车身系统各总成件的安装基体，这些总成的质量及其传给车架的力和力矩，可能造成车架强度和疲劳破坏[2-3]。

本文基于有限元法，对四种不同载货质量工况（Payload0 T，3.4T，4.5T，6T）三款车架进行了CAE模态、刚度、极限强度、疲劳强度分析，同时进行了试验场道路载荷谱采集和分析工作，分析结果表明，项目车架强度性能满足典型工况下结构强度性能目标要求，且最终路试考核验证通过。

2 不同Payload使用场景下车架CAE分析

2.1 车架CAE模态分析

本文利用Hyperworks和Nastran软件，对基础车、项目车、竞品车共三款车型车架系统进行了建模，网格大小8mm，车架材料为B510L，屈服强度431MPa。

本文对三款车架进行自由模态分析，提取了前两阶模态，模态结果如表1，振型如图2。

模态结果表明，三款车架模态性能基本相当。

2.2 车架CAE刚度对比分析

本文对三款车架进行弯曲和扭转刚度对比分析，CAE分析结果如表2所示，结果表明，竞品车车架弯曲扭转刚度最小，项目车刚度性能较优。

2.3 车架CAE强度对比分析

本文对三款车架进行了典型极限工况强度对比分析，载荷来自Adams模型提取，模型采用惯性释放法无约束，工况包括静态工况、转弯工况、轮胎上抬工况，结果表明，项目车车架强度性能优于竞品车，且小于材料屈服强度，满足目标要求。

2.4 车架CAE疲劳强度对比分析

本文对三款车架进行了四种不同Payload场景（Payload0 T/3.4T/4.5T/6T）车架疲劳强度对比分析，根据硬点的自由度施加对应载荷，载荷来自道路谱载荷采集数据，分析结果表明，项目车架疲劳损伤值为0.52，要好于竞品车架疲劳损伤值0.69，满足目标要求。

3 车架道路谱采集及分析

3.1 车架道路谱采集

本文通过台架标定（图5），建立了车架和车桥系统应力和应变标定关系，并按照图所示，布置了M511-M528点加速度传感器，按照表4试验工况，采集了襄阳试验场四种Payload载荷下的应变数据，得出其损失规律。

3.2 车架应变测试分析

针对四种Payload（0/3.4T/4.5T/6T），获得了不同payload场景下，三向F损伤比值，见表5。

由图6可知，随着装载货物质量增大，即payload增大，轮心受力损伤呈现增大趋势，且Fz>Fy>Fx，而由图7可知，车架前端和车架后端损伤变化较小，车架中端90度方向测点随着payload增大，变大趋势明显上浮。

4 结论

综上，本文基于Nastran有限元软件，对四种不同载货质量工况（Payload0T，3.4T，4.5T，6T）三款车架进行了CAE模态、刚度、极限强度、疲劳强度分析，同时进行了试验场道路载荷谱采集和分析工作，分析结果表明，项目车架强度性能满足典型工况下结构强度性能目标要求，且最终路试考核验证通过。

参考文献

[1] 马学文.东风轻卡营销管理研究[D].合肥：合肥工业大学，2006.

[2] 王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[3] MITSCHKE M，WALLENTOWITZ H.Dynamik der kraftfahrzeuge [M].Berlin： Springer-Verlag，2004.