1 前言
机械系统自动动力学分析(MSC/ADAMS)是目前汽车行业广泛使用的多体系统仿真分析软件ADAMS软件可以方便地建立参数化的模型，只要输入具体的多刚体模型参数，软件本身就会自动建立力学方程，运用数值积分和微分的方法计算出系统的动态性能及零部件的受力情况。通过将该载荷输入到MSC/NASTRAN中对零件进行分析，可以找出零部件的薄弱部位，为将来的改进设计提供依据。本文以某轿车（以下称为X轿车）的副车架焊接总成为例，详细介绍分析过程。
X轿车的样车在试车场路试时，副车架焊接总成多次出现早期焊接开裂和材料破坏情况。为找出该总成的薄弱环节，利用ADAMS软件的动力学仿真功能，建立了包括副车架在内的前悬架运动学模型，并对3种典型工况下副车架的受力进行了计算，然后用有限元分析软件MSC/NASTRAN对其进行静力计算。
2 X轿车前悬架结构
X轿车前悬架为多连杆式结构，上摇臂一端与转向节相连，另一端通过两个衬套与车身相连。悬架下端的承载摇臂和导向摇臂分别与转向节和副车架相连。减振器上端通过螺栓与车身相连，减振支柱下端与承载摇臂相连，螺旋弹簧与减振器串接，前悬架受力分析模型见图1。
图1 X轿车前悬架受力分析模型
3 X轿车副车架受力分析的ADAMS模型
X轿车的前悬架在本模型中被简化为10个部件组成，各部件间的连接关系如表1所列。
表1 X轿车前悬架中各部件间的连接类型
建模中用到的数据由整车厂提供，对于模型中用到的一些从整车厂暂时无法得到的数据，使用经验值。
4 3种工况下的副车架受力计算及结果
根据客户提供的参数和数据，确定轿车在通过不平路面、制动和侧滑时副车架可能的极限受力工况，由此计算出在垂直力、纵向力、侧向力分别为最大情况下的前轮受力，计算结果如表2所列。
表2 3种极限工况下X轿车前轮的受力计算结果（单位：N）
ADAMS/CAR为悬架提供了6种常用的分析方法：两轮同步跳动、两轮反向跳动、单轮跳动、转向分析、静载分析和文件驱动分析模式。在静载分析中，用户可以输入车轮回正力矩、侧向力、制动力、驱动力、轮心处垂直力或位移、转向盘转角或齿条位移二通过将上述计算出的力施加到车轮上，系统会自动计算出悬架的各种特性及零部件连接点的六分力，同时利用ADAMS的后处理功能可以方便地对数据进行输出。静载分析计算得到的结果如表3所列。
表3 3种极限工况下X轿车副车架的受力计算结果
5 有限元分析与实车路试对比
5.1有限元模型的建立
三维几何模型取自X轿车的CATIA模型转换成的IGES数据，曲面共1726个（图2）。材料为钢板，弹性模量为2x10-5MPa，泊松比为0.3，赋值于所有的单元上。副车架与车身连接点简化成6个自由度完全约束。本模型以SHELL单元划分有限元网格，以杆单元模拟点焊。以MPC（多点约束）简化加载和约束作用点。网格划分边长取12mm，共有单元17576个，节点17750个，MPC10个。
图2 X轿车副车架的三维模型
5.2有限元分析结果与实车路试对比
将ADAMS计算出的副车架受力作为有限元静力分析的载荷，计算得到的应力集中部位与实车路试的破坏部位对比如图3、图4（最大应力出现在制动工况）。
图3 副车架有限元分析的应力云图（局部）
图4 实车路试时副车架破坏的图片
考虑到橡胶衬套的简化处理，计算出的最大应力在250MPa左右。将有限元的分析云图与路试现场图片进行对比可以看出，有限元计算出的应力集中部位和实车路试破坏部位相当吻合，即CAE的分析计算较好地反应了路试情况。
6 结论
通过利用动态仿真软件和有限元软件计算得到的结果与实车路试的结果进行对比，说明联合应用ADAMS和NASTRAN对汽车零部件进行分析是可行的，同时也说明CAE分析过程中的假定、简化、建模与分析方法基本正确，从而为副车架改进设计提供了理论根据。
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本文标题：CAE在轿车结构件分析中的应用
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