探讨汽车副车架强度模态分析及结构优化

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　　【摘 要】随着社会上经济的发展汽车成为人们出行的必备交通工具，而汽车也在社会上变得越来越普及。现在就以轿车的副车架为研究的对象，在很多的软件当中建立起来的模型模拟，然后对这些结构进行新型的分析，在进行分析的过程中采取的方法主要就是对强度和自由度进行的分析，在进行分析之后，得出的结果也说明了，汽车的副车架本身的强度是符合要求的，并且汽车的副车架跟发动机之间是有一定的联系，针对这样的问题也有相应的解决方法进行解决。
　　【关键词】汽车的副车架的结构；强度化分析；拓扑结构优化
　　随着人们经济水平的提高，人们对于吃、穿、住、用、行等方面的要求也在不断的提高，随着科技的发展和技术水平的进步，大多数人对汽车的品牌、汽车的舒适度和安全性能还有一系列有关车方面的要求也变得越来越高，而在这其中汽车舒适度和安全性能这两个方面是相互影响、相互制约的，汽车的副车架是现在大部分汽车底盘的最主要的承载件，使用的越来越普及，因为它在使用的过程中比较的频繁，所以应该具有较好的强度和动态特性。目前，世界上的很多人认为，在使用频率作为优化目标进行优化的过程中进行了很多方面的研究，而且在研究的过程中取得了很多的成果。在相关的书籍中曾经有过记载，在选择使用轻型车车架的频率来当作拓扑结构优化的主要目标，在这当中进行多部拓扑结构进行优化以此来得到副车架横梁的最佳的拓扑结构。还有在相关的书籍中记载里，在对汽车的副车架进行频率的拓扑结构的优化时，根据所得到的密度的图纸进行相关数据方面的分析，他的分析出来的计算的结果和实验的数值的数据一致，使得本来应该拥有的频率得到应有的优化，这样也就让更多的人们对汽车的副车架有了更多的了解。
　　一、汽车的副车架在有限模型方面的建立
　　汽车的副车架在制作的过程中采用的原材料的形成过程是非常复杂的，在汽车的副车架和车架之间，应用四个轴向竖直的橡胶衬套相互连接在一起，纵臂上下摆臂，以及其他的后悬架零部件安装在汽车的副车架上。
　　二、汽车的副车架的分析
　　（一）汽车的副车架的强度分析
　　在对汽车的副车架进行的强度的分析研究时，主要是对轿车的副车架进行的分析，了解轿车的副车架它的应用力情况以及它的承载特性。确定使用Brake工况、Bump工况和Cornering工况三种工况方法进行应力的分析。首先要建立整个轿车的多体动力学的模型，对整个轿车在给定工况的情况下进行分析。根据轿车的副车架在整个轿车中的装备的情况下进行边界框架的约束，轿车的副车架和车架之间有连接着衬套的四个中心孔表面来对他施加束缚，也就是让它束缚在X、Y、Z三个方向水平移动的自由度，在对轿车的副车架有限元的模型上面施加关键点所在处的处载量，提交汽车的副车架的分析结果。汽车的副车架分析结果对于副车架的承载能力是非常强的，证明汽车的副车架符合安全使用的标准，可以根据这个标准去进行使用，这对于副车架的强度分析是有帮助的。
　　（二）汽车的副车架的自由模态的分析
　　轿车的副车架的模态的分析就可以反应出副车架结构的振动共性，可以避免在行驶的时候出现的一些外部激励的频率问题。对于汽车的副车架采用自由组合边界的方法来进行模型的分析，较低阶段的模型频率对汽车的副车架的活动性特征的影响在这些条件里的影响大，即使是提取刚硬的模型以外的前六个阶段的模型作为准备的用处，它的分析结果也就能够说明，在第一阶段主要是以主圆管绕Y轴弯曲的频率最多，以此方法进行类推，一直到第六阶。
　　三、汽车拓扑结构的优化设计工作
　　（一）副车架的理论
　　在众多的理论中拓扑结构优化是解决结构材料的主要方法，他能够对材料在空缺或者是多余的情况下发现问题，拓扑结构的解决问题的思路是用人们通常使用的方法引入一种可以进行假想的可以改变的材料，在实行优化的过程中，以材料的当作实在设计过程里的变量，把拓扑结构优化的问题进行转变想象，转变为与材料分布有关的问题。在拓扑结构优化中改变密度的方式是最常使用的方法。在对拓扑结构进行调整的过程中，每一个方面都对应着一个应该进行调整的数据，通过对这些需要调整的数据的不断地改变，自己能够留下和扔掉方面进行不断的调整，使得在密度值在空白和实际生活中的问题之间的分布情况，也为了能够拓扑结构的调整有连续的数据变量能够以更好的方法逼近性改变变量的调整模型，是采用的拓扑结构调整中的变密度的方法。为了能够使得汽车的副车架的模型特性得到更好的发展，把第一阶段的最大频率值作为目标，在实行调整的过程中，由于拓扑结构材料问题的分布，当汽车的副车架的第一阶段的频率达到最大的时候，其他的各個阶段的数值和振动的频率也会随着第一阶段的改变而发生相应的改变。这就会引起模型震动现象的发生，这样就会干扰到模型在得到结果的过程中发生相应的改变，也就是侧面的影响到了优化过程中的收敛性和稳定性的发生。
　　（二）在实行优化后的结果分析
　　在对OptiStruct中的优化求解的现象中，在实验中目标函数经过了八次的反复计算以后收敛，在实验中显示计算成功以后，就可以把计算的结果输入到HyperView当中去，可以在其中直接查看各种图形。汽车的副车架的密度云图得到整个的优化之后，应该去留的部分就会充分的显现出来，而且想要进行修改也会变得容易很多。经过试验、计算后的结果都得到了满意的结果，也在应该进行修改的地方进行应有标记，这也就使得试验具有一定的完整性。
　　（三）副车架的车架试验与改进
　　副车架的台架实验采用的是双通道的疲劳耐久性的综合实验的方法，按照汽车的副车架的受力点制定一定的疲劳试验的规范。进行实验分析以后把实验的结果和有限元分析得出来的结果进行分析比对，以发现在实验的过程中开裂的位置和有限元分析出来的结果是否吻合的较好。分析产生裂痕的主要原因，就是汽车副车架结构存在应用力集中的缺点。因为上面产生的原因要进行副车架的局部更改，一是更改副车架的开裂处的下片结构，把副车架的开裂处进行翻边的延长。二是调整这个地方的焊接人员的焊接走向，来提高焊接的质量来进行调整。
　　四、结论
　　我们使用的是以轿车的副车架为主要的研究对象，以HyperWorks软件为基础，对轿车的副车架的模型进行了有限元的分析，在分析中的结果说明了，一是轿车的副车架一阶模态频率和副车架发动机急诊频率比较的接近，所以就有可能会产生共同产生震动的现象发生。二是为了能够让汽车的副车架不发生共同的震动的现象，使用副车架在使用时的平均使用次数作为目标，让汽车的副车架开始拓扑结构方面的调整，根据拓扑结构调整现象得到的图纸当中对副车架的模型进行修改工作，能够更好的进行下去。
　　结束语
　　我国的经济在世界上处于高速发展的阶段，人们的汽车的需求量也是特别的巨大的，所以我国无论是在汽车零部件的生产还是从国外的进口过程中都应该做到有效的监控，这篇文章主要是针对汽车的副车架展开的一系列的论述，经过试验、分析计算以后得到恰当的结果和方案，相信在以后的汽车的副车架研究方面可以有一定的贡献。
　　参考文献：
　　[1]样章程，陈丽丽.基于ANSYS的轿车的副车架动力学拓扑优化.浙江理工大学学报：自然科学版，2014年
　　[2]蔡加加，王东方.车轮定位参数对操作稳定性的影响研究.机械设计与制造，2014年4月
　　[3]李锦，苏小平.轿车的副车架的轻量化设计.南京工业大学学报：自然科学版，2013年
　　（作者单位：汉腾汽车有限公司）
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