一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法技术

本发明专利技术属于底盘转向节转向拉杆臂承载能力仿真技术领域，具体涉及一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法；首先考虑转向节、球头、内套筒的材料非线性、考虑内套筒与转向节之间的过盈接触、考虑球头销与内套筒之间的接触、考虑球头销的初始预紧力，在转向拉杆外球头处沿着拉杆方向施加载荷，计算得到加载点的载荷位移曲线，随着载荷的加大，结构逐渐发生屈服，承载力曲线的斜率逐渐变小，当斜率到达某一数值时，判定整个结构发生屈服，即失去承载能力，本发明专利技术基于转向节及球头装配体有限元模型，采用载荷位移曲线法计算评价结构承载能力，此方法并非结构的局部行为，体现的是结构的整体行为，从而提升转向节转向拉杆臂承载能力的仿真精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法


[0001]本专利技术属于底盘转向节转向拉杆臂承载能力仿真
，具体涉及一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法。

技术介绍

[0002]底盘转向节转向拉杆臂应满足一定的承载能力，传统的开发方法是：基于整车多体动力学载荷分解，得到路缘冲击工况转向拉杆处载荷F，在此载荷F基础上增加5KN，保证转向拉杆的屈曲载荷大于(F+5KN)，即整车发生路缘冲击工况时，保证转向拉杆不能发生屈曲，沿着转向拉杆方向在转向节拉杆臂球头处施加F+10KN载荷，评价转向节臂处的等效塑性应变，等效塑性应变如果小于转向节材料延伸率的50％，判定转向节臂承载能力大于F+10KN，即当转向节臂某处的等效塑性应变达到材料延伸率的50％时所对应的载荷就是转向节拉杆臂的承载能力。然而，基于结构局部等效塑性应变的承载力计算评价方法精度不足，原因在于：1、建模仿真时，球头销与转向节臂接触，由于算法本身的原因，接触区域的等效塑性应变存在奇异区，计算结果比实际偏大，当此区域的等效塑性应变达到材料延伸率的50％时，对应施加的拉杆载荷往往偏小，即承载力偏小；2、即使当结构的局部某点达到了材料塑性应变的50％，此点的周边结构仍然具有承载能力，即某点的屈服并不能代表整个结构的屈服。
[0003]综上所述，采用等效塑性应变法评价转向节转向拉杆臂承载能力时，结构承载能力计算偏小，从而导致结构冗余，不利于轻量化。

技术实现思路

[0004]为了克服上述问题，本专利技术提供一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法，基于转向节及球头装配体有限元模型，采用载荷位移曲线法计算评价结构承载能力，此方法并非结构的局部行为，体现的是结构的整体行为，从而提升转向节转向拉杆臂承载能力的仿真精度。
[0005]一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法，包括如下内容：
[0006]步骤一，基于转向节1、球头销螺栓3、内套筒5和球头螺母4的三维模型，利用软件对各三维模型划分有限元网格，转向节用二阶四面体单元、球头销螺栓3采用二阶四面体单元、内套筒5和球头螺母4均采用一阶六面体单元，并赋予结构材料及截面属性；
[0007]步骤二，建立转向节1与内套筒5之间的过盈配合关系、建立球头销螺栓3与内套筒5之间的接触关系、建立球头螺母4与球头销螺栓3之间的绑定关系、建立球头螺母4与转向节1之间的接触关系；
[0008]步骤三，分三个加载过程进行仿真加载：如图2所示；
[0009]A.仿真加载第一个载荷步是内套筒5与转向节1之间的过盈配合，并记录载荷作用点此时的位移，求解载荷作用点三个方向的位移分量，分别记为x1
过盈配合
、x2
过盈配合
和x3
过盈配合
；
[0010]B.仿真加载第二个载荷步是在球头螺母4处施加的预紧力，并记录载荷作用点的
位移，求解载荷作用点三个方向的位移分量，分别记为x1
螺栓预紧
、x2
螺栓预紧
和x3
螺栓预紧
；
[0011]C.仿真加载第三个载荷步是在转向拉杆外点7所在的球头销螺栓3处沿着拉杆方向按照相同的载荷增量将所要加载的总载荷分为增量步逐级多次加载，直至施加至100000N载荷，并记录每次增加载荷时载荷作用点的位移，并求解出每次增加载荷时载荷作用点三个方向的位移分量x1
施加
、x2
施加
和x3
施加
；
[0012]步骤四，对步骤三的C中得到的载荷作用点三个方向的位移分量进行修正：
[0013]每次增加载荷时，载荷作用点在三个方向的修正后位移分量y1、y2和y3分别按照下式计算：
[0014]y1＝x1
施加
‑
x1
螺栓预紧
[0015]y2＝x2
施加
‑
x2
螺栓预紧
[0016]y3＝x3
施加
‑
x3
螺栓预紧
；
[0017]步骤五，对载荷作用点在三个方向的修正后位移分量y1、y2和Y3的平方和再开方得到载荷作用点修正后合位移y
合
；
[0018]以载荷作用点修正后合位移为横坐标，以施加的载荷大小为纵坐标绘制载荷位移曲线图；
[0019]步骤六，当载荷位移曲线图中曲线的斜率变化率第一次降至50％时，认为结构整体发生屈服，此时对应的施加载荷大小即为转向节转向拉杆臂承载能力。
[0020]所述步骤一在利用Hypermesh有限元软件对各三维模型划分有限元网格。
[0021]所述步骤三通过ABAQUS软件求解出载荷作用点三个方向的位移分量。
[0022]所述步骤四和步骤五均利用EXCEL软件进行数据记录和处理，并绘制载荷位移曲线图。
[0023]所述步骤六中载荷位移曲线图中曲线的斜率变化率为：曲线的斜率占初始斜率的百分比，具体计算方式为：后一级施加载荷时的曲线斜率除以初始曲线斜率。
[0024]所述步骤六中载荷位移曲线图中曲线的初始斜率为载荷增量除以步骤三的C中第一次施加载荷时载荷作用点的修正后合位移。
[0025]所述步骤六中载荷位移曲线图的斜率为载荷增量除以两个增量步之间的修正后位移之差。
[0026]将所述步骤三的C中逐级多次加载载荷的载荷方向设为转向拉杆外点7所在的球头销螺栓3处沿着拉杆方向指向外点，最后得到的结构整体发生屈服时对应的施加载荷大小为转向节转向拉杆臂在该方向的承载能力。
[0027]将所述步骤三的C中逐级多次加载载荷的载荷方向设为转向拉杆外点7所在的球头销螺栓3处沿着拉杆方向指向内点，最后得到的结构整体发生屈服时对应的施加载荷大小为转向节转向拉杆臂在该方向的承载能力。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术采用载荷位移曲线计算评价方法提升转向节臂承载能力的仿真精度，优点在于首先考虑转向节、球头、内套筒的材料非线性、考虑内套筒与转向节之间的过盈接触、考虑球头销与内套筒之间的接触、考虑球头销的初始预紧力，在转向拉杆外球头处沿着拉杆方向施加载荷，计算得到加载点的载荷位移曲线，随着载荷的加大，结构逐渐发生屈服，承载力曲线的斜率逐渐变小，当斜率到达某一数值时，判定整个结构发生屈服，即失去承载
能力，此方法评价的是结构的整体行为，并非局部行为，更能体现结构真实的承载能力，提升仿真精度。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本专利技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术的转向节总成三维模型示意图。
[0032]图2为转向节拉杆臂承载能力仿真数据。
[0033]图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法，其特征在于包括如下内容：步骤一，基于转向节(1)、球头销螺栓(3)、内套筒(5)和球头螺母(4)的三维模型，利用软件对各三维模型划分有限元网格，转向节用二阶四面体单元、球头销螺栓(3)采用二阶四面体单元、内套筒(5)和球头螺母(4)均采用一阶六面体单元，并赋予结构材料及截面属性；步骤二，建立转向节(1)与内套筒(5)之间的过盈配合关系、建立球头销螺栓(3)与内套筒(5)之间的接触关系、建立球头螺母(4)与球头销螺栓(3)之间的绑定关系、建立球头螺母(4)与转向节(1)之间的接触关系；步骤三，分三个加载过程进行仿真加载：如图(2)所示；A.仿真加载第一个载荷步是内套筒(5)与转向节(1)之间的过盈配合，并记录载荷作用点此时的位移，求解载荷作用点三个方向的位移分量，分别记为x1
过盈配合
、x2
过盈配合
和x3
过盈配合
；B.仿真加载第二个载荷步是在球头螺母(4)处施加的预紧力，并记录载荷作用点的位移，求解载荷作用点三个方向的位移分量，分别记为x1
螺栓预紧
、x2
螺栓预紧
和x3
螺栓预紧
；C.仿真加载第三个载荷步是在转向拉杆外点7所在的球头销螺栓(3)处沿着拉杆方向按照相同的载荷增量将所要加载的总载荷分为增量步逐级多次加载，直至施加至100000N载荷，并记录每次增加载荷时载荷作用点的位移，并求解出每次增加载荷时载荷作用点三个方向的位移分量x1
施加
、x2
施加
和x3
施加
；步骤四，对步骤三的C中得到的载荷作用点三个方向的位移分量进行修正：每次增加载荷时，载荷作用点在三个方向的修正后位移分量y1、y2和y3分别按照下式计算：y1＝x1
施加
‑
x1
螺栓预紧
y2＝x2
施加
‑
x2
螺栓预紧
y3＝x3
施加
‑
x3
螺栓预紧
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，朱学武，韩超，武小一，李继川，姜大鑫，孟夏蕾，许晓珊，孙佳兴，赵星明，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：