[發(fā)明專利]一種提升轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載能力仿真精度的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210492241.7
• 申請日: 2022-05-07
• 公開（公告）號: CN114912194A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王濤;朱學(xué)武;韓超;武小一;李繼川;姜大鑫;孟夏蕾;許曉珊;孫佳興;趙星明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 郭佳寧

本發(fā)明屬于底盤轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向拉桿臂承載能力仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提升轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載能力仿真精度的方法；首先考慮轉(zhuǎn)向節(jié)、球頭、內(nèi)套筒的材料非線性、考慮內(nèi)套筒與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的過盈接觸、考慮球頭銷與內(nèi)套筒之間的接觸、考慮球頭銷的初始預(yù)緊力，在轉(zhuǎn)向拉桿外球頭處沿著拉桿方向施加載荷，計算得到加載點的載荷位移曲線，隨著載荷的加大，結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生屈服，承載力曲線的斜率逐漸變小，當(dāng)斜率到達某一數(shù)值時，判定整個結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服，即失去承載能力，本發(fā)明基于轉(zhuǎn)向節(jié)及球頭裝配體有限元模型，采用載荷位移曲線法計算評價結(jié)構(gòu)承載能力，此方法并非結(jié)構(gòu)的局部行為，體現(xiàn)的是結(jié)構(gòu)的整體行為，從而提升轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向拉桿臂承載能力的仿真精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于底盤轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向拉桿臂承載能力仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提升轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載能力仿真精度的方法。

背景技術(shù)

底盤轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向拉桿臂應(yīng)滿足一定的承載能力，傳統(tǒng)的開發(fā)方法是：基于整車多體動力學(xué)載荷分解，得到路緣沖擊工況轉(zhuǎn)向拉桿處載荷F，在此載荷F基礎(chǔ)上增加5KN，保證轉(zhuǎn)向拉桿的屈曲載荷大于(F+5KN)，即整車發(fā)生路緣沖擊工況時，保證轉(zhuǎn)向拉桿不能發(fā)生屈曲，沿著轉(zhuǎn)向拉桿方向在轉(zhuǎn)向節(jié)拉桿臂球頭處施加F+10KN載荷，評價轉(zhuǎn)向節(jié)臂處的等效塑性應(yīng)變，等效塑性應(yīng)變?nèi)绻∮谵D(zhuǎn)向節(jié)材料延伸率的50％，判定轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載能力大于F+10KN，即當(dāng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂某處的等效塑性應(yīng)變達到材料延伸率的50％時所對應(yīng)的載荷就是轉(zhuǎn)向節(jié)拉桿臂的承載能力。然而，基于結(jié)構(gòu)局部等效塑性應(yīng)變的承載力計算評價方法精度不足，原因在于：1、建模仿真時，球頭銷與轉(zhuǎn)向節(jié)臂接觸，由于算法本身的原因，接觸區(qū)域的等效塑性應(yīng)變存在奇異區(qū)，計算結(jié)果比實際偏大，當(dāng)此區(qū)域的等效塑性應(yīng)變達到材料延伸率的50％時，對應(yīng)施加的拉桿載荷往往偏小，即承載力偏小；2、即使當(dāng)結(jié)構(gòu)的局部某點達到了材料塑性應(yīng)變的50％，此點的周邊結(jié)構(gòu)仍然具有承載能力，即某點的屈服并不能代表整個結(jié)構(gòu)的屈服。

綜上所述，采用等效塑性應(yīng)變法評價轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向拉桿臂承載能力時，結(jié)構(gòu)承載能力計算偏小，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)冗余，不利于輕量化。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種提升轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載能力仿真精度的方法，基于轉(zhuǎn)向節(jié)及球頭裝配體有限元模型，采用載荷位移曲線法計算評價結(jié)構(gòu)承載能力，此方法并非結(jié)構(gòu)的局部行為，體現(xiàn)的是結(jié)構(gòu)的整體行為，從而提升轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向拉桿臂承載能力的仿真精度。

一種提升轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載能力仿真精度的方法，包括如下內(nèi)容：

步驟一，基于轉(zhuǎn)向節(jié)1、球頭銷螺栓3、內(nèi)套筒5和球頭螺母4的三維模型，利用軟件對各三維模型劃分有限元網(wǎng)格，轉(zhuǎn)向節(jié)用二階四面體單元、球頭銷螺栓3采用二階四面體單元、內(nèi)套筒5和球頭螺母4均采用一階六面體單元，并賦予結(jié)構(gòu)材料及截面屬性；

步驟二，建立轉(zhuǎn)向節(jié)1與內(nèi)套筒5之間的過盈配合關(guān)系、建立球頭銷螺栓3與內(nèi)套筒5之間的接觸關(guān)系、建立球頭螺母4與球頭銷螺栓3之間的綁定關(guān)系、建立球頭螺母4與轉(zhuǎn)向節(jié)1之間的接觸關(guān)系；

步驟三，分三個加載過程進行仿真加載：如圖2所示；

A.仿真加載第一個載荷步是內(nèi)套筒5與轉(zhuǎn)向節(jié)1之間的過盈配合，并記錄載荷作用點此時的位移，求解載荷作用點三個方向的位移分量，分別記為x1_過盈配合、x2_過盈配合和x3_過盈配合；

B.仿真加載第二個載荷步是在球頭螺母4處施加的預(yù)緊力，并記錄載荷作用點的位移，求解載荷作用點三個方向的位移分量，分別記為x1_{螺栓預(yù)緊}、x2_{螺栓預(yù)緊}和x3_{螺栓預(yù)緊}；

C.仿真加載第三個載荷步是在轉(zhuǎn)向拉桿外點7所在的球頭銷螺栓3處沿著拉桿方向按照相同的載荷增量將所要加載的總載荷分為增量步逐級多次加載，直至施加至100000N載荷，并記錄每次增加載荷時載荷作用點的位移，并求解出每次增加載荷時載荷作用點三個方向的位移分量x1_施加、x2_施加和x3_施加；