某汽車牽引裝置性能分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u276某汽車牽引裝置性能分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)分析案例概述 1285841.1研究對象分析 1124841.2受力部件 2193491.2.1保險杠 247731.2.2.拖車鉤 284711.3牽引裝置強(qiáng)度分析 231491.1.1水平拉伸工況 26991.1.2水平壓縮工況 3174601.1.3水平向左右25°拉伸 3273071.1.4豎直上下5°拉伸 4274081.4牽引裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn) 5125981.4.1支座結(jié)構(gòu)改進(jìn) 5247561.4.2尺寸優(yōu)化 61.1研究對象分析汽車牽引裝置作為車輛結(jié)構(gòu)的重要組成部件之一，當(dāng)汽車在道路情況復(fù)雜行駛的時，若汽車行駛至松軟路面，或者遇到發(fā)動機(jī)運行失效故障等困境。此刻汽車無法以自身的機(jī)械能擺脫困境，這時候就必須通過牽引車外部進(jìn)行道路救援，前置牽引裝置在這時候就體現(xiàn)出了至關(guān)重要的地位。汽車牽引裝置是固定于前防撞梁上，是車輛結(jié)構(gòu)眾多安全裝置之一，經(jīng)過牽引救援車進(jìn)行連接，在進(jìn)行救援時牽引裝置承受著整車的質(zhì)量以及載荷。因此，牽引裝置必須達(dá)到足夠的強(qiáng)度，以確保在進(jìn)行救援時裝置不至于出現(xiàn)變形或者損壞而導(dǎo)致工作正常運行，縮短支援時間，為后期的修理節(jié)省成本成為了關(guān)鍵性的一步。1.2受力部件1.2.1保險杠汽車保險杠又稱防撞梁，是汽車安全裝置之一，其作用是為了保證發(fā)生碰撞時降低駕乘人員的傷害，位于車輛前端和后端，表面上被設(shè)計于避免車輛外部損壞對車輛安全系統(tǒng)造成的影響，現(xiàn)在越來越多的被設(shè)計用于行人保護(hù)。1.2.2.拖車鉤拖車鉤又叫拖車球，牽引裝置固定在汽車前保險杠上的一個裝置，當(dāng)汽車發(fā)生故障時，用于被牽引的裝置，起到一個拖曳車體作用。拖車鉤作為客車用來牽引車輛的關(guān)鍵部件，其承擔(dān)著來自整車的載荷。1.3牽引裝置強(qiáng)度分析強(qiáng)度是指材料屬性的屈服強(qiáng)度，它可以在外力的作用力下抵抗損傷的能力，在外力作用下抵抗損傷(永久變形和斷裂)的能力，不容許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂或塑性變形。1.1.1水平拉伸工況水平拉伸工況的應(yīng)力與應(yīng)變云圖如圖3-1和圖3-2所示。水平拉伸工況是汽車較多情況下經(jīng)歷的工況，水平拉伸工況最大應(yīng)力出現(xiàn)在支座以保險杠的連接部分，最大應(yīng)力為707Mpa。由于在拉伸過程中，其牽引鉤的牽引面積在最前端，是在拉伸過程中牽引鉤直接接觸到拉伸力傳輸介質(zhì)的面積，其受到的力變形最大，主要變形量出現(xiàn)在拖鉤的最前端，分別為1.30mm與1.15mm。圖3-1拉伸第一工況應(yīng)力圖圖3-2拉伸第一工況位移圖1.1.2水平壓縮工況水平拉伸工況的應(yīng)力與應(yīng)變云圖如圖3-3和圖3-4所示。牽引裝置最大應(yīng)力出現(xiàn)在保險杠與安裝支架的連接處。最大應(yīng)力為741MPa，已超過抗拉強(qiáng)度，雖然拖鉤及其它部分均小于材料抗拉強(qiáng)度，但還是不能滿足強(qiáng)度要求。在拉伸過程中牽引鉤直接接觸到拉伸力傳輸介質(zhì)的面積，其受到的力變形最大，主要變形量出現(xiàn)在拖鉤的最前端，分別為1.30mm于1.15mm。圖3-3水平壓縮工況分析結(jié)果圖3-4水平壓縮工況位移圖1.1.3水平向左右25°拉伸水平拉伸工況的應(yīng)力與應(yīng)變云圖如圖3-5和圖3-6所示，牽引裝置在水平向左右25°拉伸時出現(xiàn)最大應(yīng)力，為1967MPa，位置在牽引鉤上，接近保險杠連接處，但卻超過屈服強(qiáng)度。所以該工況不能滿足強(qiáng)度要求。圖3-5水平向左25°工況分析結(jié)果是在拉伸過程中牽引鉤直接接觸到拉伸力傳輸介質(zhì)的面積，其受到的力變形最大，主要變形量出現(xiàn)在拖鉤的最前端，分別為2.51mm與2.23mm。圖3-6水平壓縮工況位移圖1.1.4豎直上下5°拉伸水平拉伸工況的應(yīng)力與應(yīng)變云圖如圖3-5和圖3-6所示，牽引裝置在水平上下5°拉伸時出現(xiàn)最大應(yīng)力為1019MPa，位置在牽引鉤上，接近保險杠連接處，此時并不會破壞牽引裝置的結(jié)構(gòu)，不會引起安全隱患。所以該牽引裝置滿足國標(biāo)十種工況條件下的技術(shù)要求。圖3-7水平上下5°工況分析結(jié)果向上5°拉伸過程中牽引鉤直接接觸到拉伸力傳輸介質(zhì)的面積，其受到的力變形最大，主要變形量出現(xiàn)在拖鉤的最前端，分別為2.02mm與1.79mm。圖3-8豎直上下5°位移圖1.4牽引裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)1.4.1支座結(jié)構(gòu)改進(jìn)根據(jù)1.3強(qiáng)度分析結(jié)果，最大應(yīng)力位置主要為支架和防撞梁連接處，原因為接觸面積過小，產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此對支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增大支架與防撞梁的接觸面接，減小應(yīng)力集中問題，如圖3-8、圖3-9所示。圖3-8模型結(jié)構(gòu)改進(jìn)前圖3-9模型結(jié)構(gòu)改進(jìn)后1.4.2尺寸優(yōu)化尺寸優(yōu)化流程設(shè)置：（1）定義尺寸優(yōu)化設(shè)計變量（DesignVariables）。在Hypermesh主界面中選擇Analysis面板，點擊optimization進(jìn)入優(yōu)化面板，選擇進(jìn)入size(parameter)，選中左側(cè)的desvar即可以進(jìn)行設(shè)計變量。在DESVAR中輸入名稱為zhizuo,輸入相應(yīng)的數(shù)值，單擊create創(chuàng)建。隨后重復(fù)著剛才的操作，創(chuàng)建設(shè)計變量baoxiangang,輸入相關(guān)的數(shù)值，點擊創(chuàng)建，如圖3-10、圖3-11所示。圖3-10建立設(shè)計變量zhizuo圖3-11建立設(shè)計變量baoxiangang選擇genericrelationship子面板，點擊name輸入zhizuo,對設(shè)計變量和殼單元進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)；點擊name輸入zhizuo,對設(shè)計變量和殼單元進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)，如圖3-12、圖3-13所示。圖3-12支座屬性關(guān)聯(lián)圖3-13保險杠屬性關(guān)聯(lián)(2)創(chuàng)建響應(yīng)。在optimization（優(yōu)化）面板中，選擇responses（響應(yīng)）界面，輸入創(chuàng)建響應(yīng)量的名稱為mass，在responsetype中選擇mass（質(zhì)量），選擇total，圖3-14，單擊create創(chuàng)建。選擇responses（響應(yīng)）界面，輸入創(chuàng)建響應(yīng)量的名稱為staticstress，在responsetype中選擇staticstress（靜應(yīng)力），如圖3-15，單擊create創(chuàng)建。選擇responses（響應(yīng)）界面，輸入創(chuàng)建響應(yīng)量的名稱為staticstress2，在responsetype中選擇staticstress（靜應(yīng)力），如圖3-16，單擊create創(chuàng)建。圖3-14質(zhì)量mass設(shè)置圖3-15靜應(yīng)力響應(yīng)的創(chuàng)建圖3-16靜響應(yīng)力2的創(chuàng)建回到主界面（3）創(chuàng)建尺寸優(yōu)化的約束條件牽引裝置的材料為Q420，屈服強(qiáng)度為420MPa，在optimization（優(yōu)化）面板中，選擇dconstraints（約束）界面，輸入創(chuàng)建約束條件的名稱為volumefrac，在responsetype中選擇staticstress（靜應(yīng)力），牽引裝置的支座跟保險杠的強(qiáng)度不能高于420MPa，圖3-17，單擊create創(chuàng)建。圖3-17創(chuàng)建靜應(yīng)力約束（4）優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。在optimization（優(yōu)化）面板中進(jìn)入objective（目標(biāo)函數(shù)）頁面，單擊頁面左上角的轉(zhuǎn)換器，選擇min，單擊response=選擇mass，如圖3-18，單擊create創(chuàng)建。圖3-18定義目標(biāo)函數(shù)雙擊return回到主界面。提交OptiStruct求解器計算，安裝支座的優(yōu)化結(jié)果如下圖3-19：圖3-19支座優(yōu)化后厚度圖3-17支座優(yōu)化后應(yīng)力尺寸優(yōu)化厚度跟應(yīng)力分析如圖3-16和圖3-17所示。支座經(jīng)過優(yōu)化后厚度從4mm變成5.1mm滿足支座強(qiáng)度要