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随着科学技术的发展,人们对轿车的各项性能提出了更高的要求。为了提高舒适性和操纵性,副车架结构应运而生。上世纪90年代以来,前副车架已广泛应用于多数紧凑型轿车和小型车中。为了充分提高车辆性能,初期副车架大多采用铝合金材料,铝制副车架性能佳且质量轻,然而其成本较高,经济性差。为了取得车辆性能与经济性之间的平衡,人们逐渐开始用钢制材料代替铝质材料。本文正是基于这样的背景,检验某轿车副车架材料由铝制变为钢制时,其多项性能能否满足基本使用要求。本文以某轿车前副车架为研究对象,在保证其结构主要力学特征的基础上,对其结构进行必要的简化。然后采用HyperMesh软件建立副车架系统的有限元模型。为了保证计算精度,引入了控制臂、转向器及横向稳定杆等与之相连的构件,分别建立其有限元模型,再通过连接件的模拟组装为副车架系统的有限元模型。通过OptiStruct模块对副车架的有限元模型进行了静强度分析。分析表明钢制副车架的最大应力小于材料的屈服极限,可以满足其静强度要求。模态分析中采用兰索斯算法计算出副车架的前12阶模态,其模态频率显示钢制副车架与路面激励和发动机激励发生动态干扰的可能性较小,表明钢制副车架的模态分布比较合理,一般不会发生共振现象。通过与同类副车架模态试验数据对比初步验证了本文所建立的副车架有限元模型的合理性。由于副车架受到的是交变载荷的作用,故而副车架的损坏主要是疲劳损坏,因此需要对钢制副车架的疲劳寿命进行分析。由于钢制副车架的疲劳为典型的高周疲劳,因此采用应力-寿命分析法。借助Nastran为求解器,得到循环载荷下的结构响应。利用Palmgren-Miner损伤积累理论,将某钢材的S-N曲线及通过雨流循环计数法得到的左摆臂激振、右摆臂激振及发动机悬置激振导入MSC.Fatigue全寿命分析模块,得到副车架的总体寿命分布云图。云图显示钢制副车架主体绝大多数单元经历107次循环后都不会发生疲劳破坏,只是少数连接点与焊点出现了寿命较短的单元,其抗疲劳特性有待加强,但总的来说钢制副车架疲劳寿命基本满足使用要求。文章最后阐述了优化设计的基本概念及结构优化的三大要素及步骤,建立了副车架系统的壳单元优化模型,以施加载荷处的节点位移为约束条件,以副车架的总体积最小为优化目标,以壳单元厚度为设计变量,对副车架系统进行尺寸优化设计,并对经过尺寸圆整后的副车架模型进行了极限载荷下的强度验证。通过对钢制副车架进行静态分析,模态分析、疲劳寿命分析及结构优化分析,不仅验证了钢制副车架能够基本满足使用要求,而且对今后副车架的改进设计提供比较直观的数据,为从事副车架研发的工程技术人员提供了有益的参考,具有一定的现实意义。