某越野車其前懸架為扭桿式雙橫臂獨立懸架，后橋是四連桿可變剛度螺旋彈簧整體橋式，這種結構的優點是能夠在保證越野能力的同時提供令人滿意的行駛舒適性；但該車在實車試驗過程中，車架縱梁在與扭桿彈簧連接的支架處易出現開裂現象，嚴重影響了整車的使用壽命和駕駛員的安全。

    文獻[1]對汽車底盤的有限元模型進行了更新，但是未涉及更新的原因和必要性；文獻[2]對摩托車車架有限元優化設計的理論方法進行了研究，但是未得到驗證和實用；文獻[3]對雙橫臂扭桿式獨立懸架系統的運動分析方法進行了研究，未涉及有限元分析。

    本文擬基于Hyperworks軟件對該車架的單邊縱梁和扭桿彈簧連接的支架處的強度進行有限元分析，以找出開裂的原因所在，并對現有的結構進行關聯式改進設計。

1 縱梁開裂有限元建模與分析

1．1模型的建立

    某越野車車架為雙縱梁結構(見圖1)，從實際車架結構到有限元分析模型，采取了適當的簡化處理，如略去某螳非承載構件，取約束、載倚作用點處為單元節點等。

圖1雙縱粱結構

    一般對汽車車架進行有限元分析時，建立有限元模型大都采用粱單元模型，應用該種模型可以得到較好的變形結果，但其應力分析的能力卻是有限的；梁單元不能很好地描述較為復雜的車架結構。也不能很好地反映橫梁與縱梁接頭區域的應力分布，且忽略了扭轉時截面的翹曲變形，使采用梁單元模型對車架進行有限元分析的結果比較粗糙?；谝陨显颍疄榱颂岣叻治鲇嬎憔?，分析模型采用以shell單元為基本單元的有限元分析模型。根據陸風X6汽車車架的結構特點經過適當簡化處理后，建立相應的有限元分析模型。分析模型中單元網格的劃分及所采用單元的大小直接影響計算的精度。

    文中大部分單元采用80 mm X80 mm左右的矩形板單元，稱為一般單元；對特殊結構，如連接部分、截面變化區域和可能出現應力集中的地方，采用20 mm X20 mm左右的矩形板單元，稱為細化單元；一般單元與細化單元之間采用三角形板單元連接，稱為過渡單元。根據以上單元劃分原則，在橫梁與縱梁接頭區域、截面變化區域，以及可能出現應力集中的地方采用細化單元，其他區域采用一般單元；一般單元與細化單元之間采用過渡單元連接。文中主要研究車架縱粱與扭桿彈簧連接的支架處的開裂原因，故利用Hyperworks軟件對該車架的單邊縱梁和扭桿彈簧連接的支架處的強度進行有限元分析，找出開裂的原因所在。整個模型被離散為7812個板單元，8227個結點，圖2所示為有限元分析模型，對車架的靜應力分析就是在該模型的基礎上進行的。

圖2有限元分析模型

1．2邊界條件載荷的簡化及加載方法

    對車架進行靜態分析，必須考慮車架的約束情況。從而消除車架的剛體位移。由于本文主要是研究單邊縱梁和扭桿彈簧連接的支架處的強度問題，故邊界約束點確定在改車架縱梁上，將懸架與車架連接處的結點在水平面(z，y兩個方向)的兩個方向平移自由度確定為剛性約束，z方向的平移自由度確定為彈性約束．約束點的其余三個旋轉自由度都未加約束。

    將作用在車架上的外載荷簡化為等效載荷加到車架的相應部位上。對于簡化后的縱梁和扭桿彈簧支架模型，載荷主要是地面對輪胎的反作用力通過扭桿彈簧前獨立懸架傳遞給支架。根據越野車前輪跳動量，確定扭桿彈簧的扭轉角度，然后根據扭桿彈簧的剛度計算得到扭桿彈簧傳遞到支架處的作用力。作用力的方向為垂直于扭桿彈簧的支架，方向向下，如圖3所示。

圖3扭桿彈簧支架受力圖