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基于Abaqus的扭力梁强度有限元分析

Thestrengthanalysisofthewrestbeam

宋起龙

（东风汽车公司技术中心，武汉，430058）

摘要:本文针对自主开发的扭力梁在试验过程中出现的问题，采用有限元软件Abaqus对其强

度进行了模拟仿真，找出了应力集中位置，基于原方案的分析结果，提出了扭力梁的优化建

议，新方案经过再次验证，满足使用要求。

关键词:有限元扭力梁强度

Abstract:Basisonthetestresultsofthewrestbeam,getthestrengthbyusingtheAbaqus.，find

outthelocationofthestresscentralize.raisetheoptimizeofthemodel.Throughtestagain,the

newprojectcansatisfytherequest.

Keywords:FEMWrestbeamStrength

1概述

扭力梁是汽车上的一个重要的承载件，能够承载来自减震器、弹簧、车身、地面等周边

的冲击，起到缓解冲击力的作用。同时本身为一连接件，主要为后悬架弹簧、后减震器、制

动油管、后轮毂轴承单元等提供安装位置和足够的运动空间。

目前，国内外乘用车上采用的扭力梁总成结构形式主要有两种：闭口式和开口式。两者

扭力梁结构，如图1和图2所示：

图1闭口式扭力梁图2开口式扭力梁

闭口式扭力梁侧倾刚度小，舒适性较好，但由于横梁成型工艺复杂，成本较高，国内自

主品牌较少采用。开口式扭力梁成型工艺简单，性能也可靠，在国内外得到广泛的运用。

本文以某款车型开口式扭力梁为例，详细介绍其在试验过程中出现的问题及仿真和优化过

程。

2扭力梁试验问题描述

2.136000km耐久性试验：

在耐久性试验过程中，对悬架、转向和制动系统都能够进行充分考核，总试验循环数

600个，总试验里程约36000km。在耐久性试验过程中，扭力梁出现以下问题：

（1）稳定杆右侧断裂，如图3所示；

（2）稳定杆和连接板焊缝开裂，如图4所示；

焊缝开裂稳定杆断裂

图3稳定杆断裂图图4稳定杆和连接板焊缝开裂图

针对扭力梁在试验过程中出现的问题，需经过有限元强度分析，以确定应力集中位置和

提出方案的改进建议。

3扭力梁有限元模型建立

扭力梁稳定杆为试验中主要受力部件，在建立有限元模型的过程中，为了保证分析精度

和缩短分析时间，稳定杆采用六面体单元建立，单元尺寸为1.5*1.5mm，其外径为25mm，

内径为15mm，壁厚为5mm。其他部件采用壳单元模拟，各部件之间连接关系的模拟对分

析精度比较重要，焊缝采用壳单元模拟，各硬点采用Rigids刚性单元与扭力梁相连接，扭

力梁硬点和所建立的各部件有限元模型如图5和图6所示。

拖曳臂连接点

轮心连接点

正面

弹簧连接点

减震器连接点

图5扭力梁硬点

纵臂横梁连接板

反面

稳定杆

图6扭力梁各部件说明

4分析计算

在有限元分析的过程中，首先赋予模型的材料属性，本文所介绍的扭力梁横梁材料为

DL510，材料的屈服极限为450MPa，纵臂、弹簧座、连接板材料为SAPH440，屈服极限为380MPa，

重点分析对象为稳定杆，材料为28Mn6,为进一步提高分析的准确性，考虑材料的应力应变

曲线，例如，稳定杆材料28Mn6的曲线为图7所示。

图7材料应力应变曲线

各材料都为合金钢，统一设材料的弹性模量为1.7*E

5MPa，泊松比为0.3，密度为7.9g/mm3。

扭力梁是一弹性元件，在车轮上下运动过程中变形很大。本文使用ADAMS软件计算各硬点

在不同工况下的受力，该软件将扭力梁作为一个柔性体，同时将其进行简化，有限元分析的

工况为表1所示。

表1扭力梁分析工况

工况描述

垂直冲击工况垂向加速度3.5g，安全系数1

转向工况弯道单边离地，侧向加速度1g，安全系数1

倒车紧急制动纵向0.7g减速度制动，安全系数1.2，考虑轴荷转移

最大制动纵向1g减速度制动，安全系数1，考虑轴荷转移

最大加速纵向0.5g加速度，安全系数1.5，考虑轴荷转移

前进驻车制动纵向0.5g减速度制动，安全系数1.5，考虑轴荷转移

本文使用惯性释放分析方法，分析扭力梁在各工况下的强度。得出在转向工况下稳定杆应

力最大，达到1203MPa，超过材料的屈服极限，故在该工况下，稳定杆易发生断裂，其应

力分布图如图8和图9所示。

图8扭力梁应力图图9稳定杆应力图

从图中