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20世紀(jì)70年代，在車輛中出現(xiàn)了扭力梁式懸架，至今該種懸架結(jié)構(gòu)仍被廣泛應(yīng)用，特別是應(yīng)用于前輪驅(qū)動(dòng)的中小型家庭轎車的后懸架系統(tǒng)，其主要包含4部分：承受主要垂向和側(cè)向力的矩扭轉(zhuǎn)橫梁，焊接在扭轉(zhuǎn)橫梁左右兩側(cè)的縱向擺臂，在縱向擺臂前端連接車身的彈性元件及支架，彈簧減振器系統(tǒng)。拖曳臂式懸掛既有非獨(dú)立懸掛存在的缺點(diǎn)，又有獨(dú)立懸掛的優(yōu)點(diǎn)。扭力梁式懸架主要優(yōu)點(diǎn)：(1)從安裝角度來看，車輛中安裝整個(gè)懸架的空間小，不需要控制臂和桿，只有少量部件需要裝配，一體的彈簧減振器或分開的減振器和彈簧容易匹配，容易安裝和拆卸。(2)從懸架匹配角度來看，有一個(gè)有利的從車輪中心到彈簧的傳動(dòng)比，只有兩個(gè)襯套安裝點(diǎn)，它們幾乎對(duì)車輪跳動(dòng)沒有影響。(3)從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來看，在側(cè)向力工況下有較低的外傾改變，有較低的側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向特性，有較好的縱傾軸線位置，它能降低制動(dòng)時(shí)車尾抬起量。橫梁還具有穩(wěn)定桿的功能。而其主要缺點(diǎn)是：由于控制臂的變形，具有側(cè)向力過度轉(zhuǎn)向傾向；橫梁中具有扭轉(zhuǎn)和剪切應(yīng)力；焊縫中具有較高的應(yīng)力；允許的后軸載荷受到后軸強(qiáng)度的限制。在運(yùn)動(dòng)學(xué)上，確定的車輪位置限制了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)的變化，瞬時(shí)中心位置的確定依賴于軸的運(yùn)動(dòng)和扭力梁的剛度，車輪相互影響。另外由路面引起的振動(dòng)和噪聲很難減弱。汽車后橋總成作為車輛的一個(gè)重要承載部件，傳遞著車架與路面之間各個(gè)方向的作用力，其質(zhì)量對(duì)車輛的安全性和可靠性具有重要影響。因而，本研究基于某轎車扭桿梁式后橋的實(shí)際結(jié)構(gòu)，采用Hyperworks、abaqus對(duì)該后橋進(jìn)行了有限元分析建模，按照整車在3種工況下的受力特征，對(duì)該后橋進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算與評(píng)價(jià)。
一個(gè)完整的有限元分析包括有限元幾何模型的建立、劃分網(wǎng)格、定義材料特性、定義邊界條件、定義單元的物理屬性，然后進(jìn)行分析運(yùn)算，最后輸出分析結(jié)果。在Hypermesh軟件中，導(dǎo)入U(xiǎn)G建好的三維實(shí)體模型。由于扭力梁是對(duì)稱部件，且要保證網(wǎng)格左右對(duì)稱性，只對(duì)扭力梁一半進(jìn)行幾何處理，利用Hypermesh抽取中位面，對(duì)所有的鈑金件進(jìn)行一次性抽取中位面，抽取后要考慮對(duì)幾何模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理和幾何清理，以便于劃分優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格進(jìn)行分析。Hypermesh軟件中進(jìn)行幾何清理主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)化模型的幾何細(xì)節(jié)、幾何修復(fù)和拓?fù)涓倪M(jìn)。通過幾何清理除去小孔、錯(cuò)位和不需要的細(xì)節(jié)，修復(fù)模型的錯(cuò)誤，壓縮兩相鄰曲面的公共邊界，這些措施有利于網(wǎng)格的劃分，能夠保證網(wǎng)格的正確連接，可獲取高質(zhì)量的網(wǎng)格樣式，以提高整個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和速度，其計(jì)算精度也可以得到提高。劃分網(wǎng)格是建立有限元模型時(shí)非常重要的一個(gè)步驟，網(wǎng)格劃分好壞將直接影響分析的精確程度，同時(shí)也要考慮模型的計(jì)算時(shí)間，由于扭力梁由沖壓散件焊接而成，因此有限元模型采用殼單元對(duì)后橋進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用Hypermesh中的2D面板中的automesh工具自動(dòng)劃分二維單元，對(duì)于扭桿實(shí)體零件，為了保證網(wǎng)格的精度，在這里采用六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
為保證有限元分析計(jì)算的精度，對(duì)于面單元一定要檢查單元的質(zhì)量，以免質(zhì)量較差的網(wǎng)格單元影響分析結(jié)果精度，更有甚者模型就計(jì)算不下去。影響網(wǎng)格2D單元網(wǎng)格質(zhì)量的因素主要是：翹曲度、長(zhǎng)寬比、雅克比、扭曲角和四邊形最大角、最小角，以及三角形單元所占比例、最大角、最小角，表示單元內(nèi)各個(gè)積分點(diǎn)處的雅克比矩陣值中最小值與最大值之比，通常雅克比大于0.7時(shí)，是可以接受的；翹曲度表示在四邊形中，沿對(duì)角線分割成的兩三角形所在平面的夾角，單元的翹曲在有限元模型中是被允許的，但不能超過一定的界限，翹曲太大會(huì)影響網(wǎng)格的精度，此外，其他的一些網(wǎng)格指標(biāo)也應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，具體的控制數(shù)據(jù)如表所示。
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