板簧前吊耳强度计算分析报
告
内容提要
分析目的：
根据蒙派克财富快车降成本项目，开发财富快车简化版底盘，为非独立悬架结构。

要验证钢板弹簧车身前后安装点结构设计的可靠性，降低设计风险。

使用软件：
CAD模型：CATIA。

前处理：HyperMesh。

求解器： Nastran。

后处理：HyperMesh。

分析方法：
利用HyperMesh建立相关部件的有限元模型，模拟连接并加载，利用Nastran 求解，利用HyperMesh将计算结果进行后处理。

分析结果：
在给定的两种极限工况下，前吊耳多个部位的等效应力值已超出材料的许用应力，个别位置如板簧前吊耳的支撑筋处出现较大应力集中，其等效应力值超过了材料的屈服极限值，值得关注。

结论：
为保证板簧前吊耳在较恶劣工况下的工作可靠性，建议改进其设计结构。

目录
目录.................................... I II
一、任务的提出 (1)
二、计算模型的建立 (1)
2.1有限元模型 (1)
2.2材料参数 (2)
2.3约束方式 (2)
三、承载计算工况与计算结果 (2)
3.1 计算工况 (2)
3.2 颠簸路面工况计算结果 (3)
3.3 制动工况计算结果 (5)
3.4 计算结果分析 (6)
四、结论及建议 (7)
一、任务的提出
根据蒙派克财富快车降成本项目，开发财富快车简化版底盘，将原有的独立悬架改为非独立悬架结构，为了验证板簧车身前后安装点结构设计的可靠性，预知易疲劳破坏部位，降低设计风险，对其进行强度分析计算。

二、计算模型的建立
2.1 有限元模型
有限元模型中悬架吊耳结构是由板金结构和销轴连接而成，对于钣金构件采用壳单元，销轴单元采用梁单元模拟。

用RBE2及实体单元单元来模拟钣金之间的点焊连接。

模型中长度单位为毫米，力单位为牛，重力加速度取9800mm/s2。

前吊耳的有限元模型如图2-1所示。

图2-1 前吊耳有限元模型
2.2 材料参数
零件材料为SPCE，性能参数如下：弹性模量 2.1×105MPa，泊松比0.3，密度7.8×10-6kg/mm3，屈服极限185MPa，抗拉强度325MPa，疲劳强度许用应力σ-1=抗拉强度×疲劳系数=325×0.43=139.75MPa，许用应力=疲劳强度许用应力/安全系数=139.75/1.3=107.5MPa。

2.3 约束方式
板簧前吊耳与车架点焊连接，在焊点部位对车架约束6个自由度，如图2-2所示。

图2-2 前吊耳有限元模型的约束方式
三、承载计算工况与计算结果
3.1 计算工况
为满足颠簸路面及紧急制动时吊耳的强度要求，根据设计部门提供的相关加载数据，分两种极限工况进行加载分析。

(1)颠簸路面工况Ⅰ根据客货车的动荷系数取值经验，取动荷系数为3.0。

垂直载荷=静载×动荷系数=4323.43×3.0=12970.3N
(2)紧急制动工况Ⅱ 考虑制动过程中产生的惯性力，所以除了在有限元模型上施加一个垂直载荷以外，还要施加一个水平向后的制动力，此制动力平衡制动加速度产生的惯性力，制动加速度a 取值为0.8g 。

垂直载荷=静载=4323.43N
制动力=簧载质量×制动加速度/6=(1325+1580-258)×0.8×9.8/6=3458.75N
3.2 颠簸路面工况计算结果
颠簸路面工况下，板簧前吊耳等效应力分布云图见图3-1、图3-2所示。

由图中可以看出，前吊耳多个部位（1~4位置）等效应力值超出了许用应力值，其中等效应力较大部位出现在左右支架的支撑筋部位，图中部位1最大等效应力达到189MPa ，已超过屈服极限，但小于抗拉极限。

部位2~4处等效应力分别为186 MPa 、131 MPa 、152 MPa ，均超出许用应力值。

板簧前吊耳的最大位移为0.09mm ，如图3-3所示。

图3-1 颠簸路面工况下前吊耳等效应力云图 1 3 2 4
189MPa
152MPa （a）两个筋位置的等效应力
186MPa
131MPa
(b)其它部位较大的等效应力
图3-2 颠簸路面工况下前吊耳局部较大等效应力云图
图3-3 颠簸路面工况下前吊耳变形云图
3.3 制动工况计算结果
在制动工况下，板簧前吊耳的等效应力分布云图见图3-4、图3-5所示。

由图中可以看出，前吊耳等效应力较大部位出现在左支架的支撑筋部位和右支架顶部拐角处，其中部位1等效应力值较大，达到115 MPa，超出了许用应力，但没有超过屈服极限，部位2等效应力值为85 MPa，接近许用应力。

吊耳的最大位移为0.048mm，如图3-6所示。

图3-4 制动工况下前吊耳等效应力云图1
2
图3-5 制动工况下前吊耳局部较大等效应力云图
图3-6 制动工况变形云图
3.4 计算结果分析
由应力云图可以看出，在颠簸路面工况和制动工况下板簧前吊耳的左右支撑筋部位和右侧吊耳支架顶端拐角等处存在较大应力集中，超出了许用应力值，个别部位最大值85MPa 69MPa
达到189MPa，超过屈服极限值，具体数值如表3-1所示。

颠簸路面工况最大变形为0.097mm，制动工况最大变形为0.04mm，可以接受。

表3-1 板簧前吊耳在颠簸路面工况及制动工况下等效应力值
四、结论及建议
在两种极限工况即颠簸路面工况及制动工况下，经过模拟计算分析，前吊耳支架上多处等效应力值超过了许用应力，个别部位等效应力值超过了屈服极限，但均未超过抗拉极限，其中左右支撑筋处为较薄弱环节，建议改进结构设计以降低其等效应力值，提高使用可靠性。

由于极限工况与实际使用的差别及有限元模拟的局限性，模拟结果与实际应力状况会存在一定差异，但是由应力云图所反映的应力较大部位的趋势建议适当关注。

以上结论是基于仿真计算得出的结果，建议安排试验对吊耳结构进行验证。