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扭桿彈簧懸架安裝尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于微客與越野車。整個懸架零部件存在相互連接關(guān)系，在不同工況下的應(yīng)力分布較為復(fù)雜以及對車身連接點(diǎn)的反力也均不相同。強(qiáng)度分析中轉(zhuǎn)向節(jié)輪心作用力通過球鉸鏈傳遞至上下擺臂，上下擺臂通過襯套繞車架旋轉(zhuǎn)，懸架零部件的邊界載荷在整個輪心跳動過程中不斷變化，傳統(tǒng)的慣性釋放分析只能計算出整個輪跳過程中邊界載荷某一點(diǎn)的應(yīng)力大小，但不能考慮整個懸架在非線性位移的情況下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布以及應(yīng)力時間歷經(jīng)過程。
杭州那泰有限元分析公司以某型微客雙橫臂扭桿彈簧前懸架為研究對象，闡述了非線性幾何計算原理，建立了簡化懸架零部件之間連接關(guān)系的多體有限元模型，對扭桿彈簧施加空載狀態(tài)下的預(yù)緊力并計算出四種工況下扭桿彈簧預(yù)緊力時間歷經(jīng)曲線驗(yàn)證了該方法的合理性。
在懸架多體有限元分析中，輪心跳動量與外載荷之間存在非線性的關(guān)系即整個加載過程中輪心位移與外載荷是非線性的，如圖1所示。在計算時過程中采用載荷增量法進(jìn)行求解，增量法是將外載荷按一定的比例劃分成若干份，在每次計算施加一個載荷增量，求出該載荷下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力然后再施加下一級載荷，直到達(dá)到規(guī)定的載荷水平，整個增量載荷與實(shí)際外載荷是等效的，其中ΔP為一個載荷增量，U0為懸架結(jié)構(gòu)初始時的位移，Ra為求解釋內(nèi)力與載荷增量的殘差力，Ca為兩個相鄰載荷步的位移修正量，Ua為修正后的結(jié)構(gòu)位移，P為總載荷，Ia為結(jié)構(gòu)內(nèi)力。
前懸架的實(shí)體模型由CATIA創(chuàng)建，由于前懸架是獨(dú)立懸架，在分析時只取整車四分之一懸架分析。該懸架主要由上、下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、減震器以及扭桿彈簧組成，下擺臂與車架為襯套連接，上擺臂與扭桿彈簧以及扭桿彈簧與后支架為花鍵連接，轉(zhuǎn)向節(jié)與擺臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿均為球鉸鏈連接。實(shí)際工作時，通過調(diào)整扭桿彈簧初始扭轉(zhuǎn)角度施加預(yù)緊力進(jìn)而調(diào)整車身姿態(tài)，而實(shí)體模型為已經(jīng)考慮預(yù)緊時的狀態(tài)。
有限元前處理采用hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，該懸架零部件較為復(fù)雜網(wǎng)格劃分時采用C3D4四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格單元數(shù)量738937，節(jié)點(diǎn)數(shù)量167991。
多體分析時主要關(guān)注前懸架零部件應(yīng)力分析，螺栓與花鍵連接處均采用rbe2剛性單元簡化處理，懸架襯套連接處采用襯套連接單元模擬。在準(zhǔn)靜態(tài)分析中減震器只起導(dǎo)向作用，在連接設(shè)置時將其簡化為一個導(dǎo)向桿。
由于實(shí)體模型是整個懸架在空載狀態(tài)下的模型，而用扭桿彈簧實(shí)體模型進(jìn)行分析時不能考慮其空載狀態(tài)下的預(yù)緊力，在分析時需將扭桿彈簧簡化處理，空載狀態(tài)下的預(yù)緊載荷以及扭轉(zhuǎn)剛度，在有限元中采用組合單元代替扭桿彈簧，設(shè)置初始扭轉(zhuǎn)角度，該角度根據(jù)空載狀態(tài)下扭桿彈簧參數(shù)計算出。
四個工況均考慮懸架在垂向跳動，制動以及轉(zhuǎn)彎時所承受的載荷。整個懸架與車架連接處均約束其六方向自由度，三方向載荷均在輪心處加載，制動力矩在制動點(diǎn)加載。
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