[发明专利]一种提升转向节臂承载能力仿真精度的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

为了克服上述问题，本发明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。

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：

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；