[发明专利]基于CAE的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法

说明书

本发明涉及一种基于CAE的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法，包括轻量化设计、建立一半的总成网格模型、赋予材料属性、建立预压装配状态下的静力学模型、评价推力杆疲劳性能、刚度性能、建立完整的总成网格模型、赋予材料属性、建立预压装配状态下的动力学模型、评价极限工况性能等步骤，本发明的评价方法能更准确地分析评价推力杆总成的性能、且节约时间、缩短开发流程。

技术领域

本发明涉及一种基于CAE分析的优化设计方法，尤其涉及一种基于CAE的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法。

背景技术

近年来，随着环境污染的加剧，对于环境的保护越来越严格，相应出台了国六排放标准，因此各车企急需改善汽车排放标准及降低油耗，而汽车轻量化对汽车排放及提高整车燃油经济性起关键性作用。

推力杆总成由球头、杆体、卡簧挡圈、橡胶球铰等组成，现有技术的推力杆总成的金属件通常采用钢材制造，为了对其轻量化，将钢材替换成了铝合金材料。为了使得铝合金推力杆总成在满足轻量化的减重要求的同时，满足实际使用中的性能要求，需要对其重新进行结构设计。而CAE技术能够对重新设计后的推力杆总成进行模拟分析，从而评价该种结构的推力杆总成是否满足设计要求，对推力杆总成的设计和优化提供指导。

推力杆由多个部件装配而成，各部件接触关系复杂，且推力杆总成工作载荷大，橡胶球铰变形大，各部件材料力学性能需考虑材料塑性性能，所以推力杆总成CAE分析是一个涉及边界非线性、材料非线性、几何非线性的高度非线性问题。在模拟求解过程中，很容易出现计算不收敛现象，导致无法获取推力杆各部件在工作载荷下的受力情况，因此例如论文《重型工程车推力杆的设计匹配》(居刚,李海波,修永芝.重型工程车推力杆的设计匹配[J].专用汽车,2012,000(002):74-77)所公开的分析方法中将橡胶球铰及卡簧挡圈简化掉，直接将载荷传递至球头和杆体，这样虽能克服计算不收敛问题，但这样的简化，没有考虑球铰刚度和变形对载荷传递路径的影响，不能体现推力杆总成各部件的连接关系对应力分布的影响，导致计算结果不准确，无法识别常见失效模式，失去了仿真的目的，从而无法形成一套完善准确的基于CAE评价推力杆的设计评价方法。并且为了提高推力杆总成的开发效率，还需要尽可能地缩短CAE计算分析时间。

因此，需要一种更准确、计算效率更高的基于CAE的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种基于CAE的推力杆总成的轻量化设计评价方法，能够更准确地分析评价推力杆总成的性能、且节约时间、缩短开发流程，从而能更好的辅助推力杆总成的轻量化结构设计。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种基于CAE的推力杆总成的轻量化设计评价优化方法，包括以下步骤：

S1、根据减重目标对推力杆总成进行轻量化设计，得到推力杆总成的结构几何模型；所述推力杆总成的各个部件包括杆体、球头、卡簧挡圈、球铰组件；所述球头设置在所述杆体的两端，所述球头内具有卡簧安装槽；在预压装配状态下，所述卡簧挡圈卡设于所述卡簧安装槽内，使得所述卡簧挡圈抵住球铰组件的端面，从而将球铰组件安装于所述球头内；所述球铰组件包括球销，套设于所述球销外侧的球铰橡胶，以及分别盖设于所述球铰橡胶两端的球铰上端盖、球铰下端盖，且所述球销、球铰橡胶、球铰上端盖、球铰下端盖通过硫化结合为一体；

S2、建立一半的总成网格模型：根据所述结构几何模型，以垂直于所述杆体轴向且穿过所述杆体中点的平面作为分割面，将所述结构几何模型分隔为两半，以其中一半建立一半的总成网格模型；且所述球铰橡胶以非预压装配状态下的自由状态建立网格模型。

由于推力杆为中心对称结构，该步骤只建立一半的总成网格模型是为了简化计算，提升分析效率。