某廠家生產的載貨車輛行駛中，車架局部發(fā)生開裂現象。為了修改優(yōu)化車架，對車架局部開裂處分別進行了修改前后的強度對比分析和應力測試試驗。分析研究修改前后車架應力分布情況，驗證優(yōu)化方案的可行性。

車架開裂位置及結構

車架開裂位置

某型號載貨試驗車輛在試驗場進行8000km可靠性試驗，當車輛在強化路面上行駛至3895Km時，發(fā)現該載貨試驗車前減震器支架與車架固定螺栓孔處開裂，車架開裂處為車輛前減震器支架與車架固定螺栓孔處。建議將原來的單層鋼板改為局部增加加固板。試驗車輛整車總質量為4.5噸，強化路面路況較差，強化系數為15。

車架開裂處結構

減震器支架是一個鑄件結構，其與縱梁連接部分尺寸為90mm*90mm。此處縱梁為5mm的單層鋼板。減震器支架與縱梁是通過4個M10的螺栓聯結的，聯結孔距分別為腹面60mm、車架上翼面60mm。

修改前后強度分析

修改前后車架強度分析

基于鑄件剛度過大而縱梁局部剛度相對較小現狀，可增強縱梁局部剛度，減少了由于剛度差異較大引起的應力集中，改動相對較為容易。通過可行性分析，決定增加縱梁加固板的方式提高車架此處強度。

在開裂車架的減震器支架連接處，于車架內側增加厚度為4mm的加強板，由此導致整個車架的應力分布發(fā)生變化，建立有限元模型與開裂車架進行對比分析。

從對比分析結果可知，局部加固板與原車架最大應力均為244MPa左右，應力分布一致，即改進后的車架對車架整體應力分布基本沒有影響。

然而，采用局部加固板車架處于前減震器支架處的車架應力有所降低，有必要對局部加強處的應力分布和數值進行分析。

修改前后開裂處車架強度局部分析

從減震器支架處的局部分析圖可看出，開裂車架的最大應力為180.5MPa，出現在縱梁與減震器連接處。同時，從應力云圖可以看出，開裂處應力集中非常明顯，這與開裂位置基本一致；采用局部加固板的車架應力減小為137MPa，下降了24%。

應力應變測試方案

有限元分析顯示，在前減震器支架處增加局部加固板理論上可以取得顯著效果?？紤]到CAE是一種近似數值分析方法，有必要對修改前后車架的實際應力分布及數值大小進行道路應力應變測試，尤其是前減震器支架處車架應力情況。

應力測試設備

本測試采用32通道高速靜態(tài)應變儀，最高采樣速度1200點/秒；箔式電阻應變片，阻值120Ω，靈敏度系數2.0；連接導線為超六類屏蔽雙絞線，裸銅線徑0.51mm，單根導線長6m。

測試工況

通過選取車輛進行道路可靠性試驗的工況作為本次應力測試的實驗工況，即車輛在某試驗場強化路各路面按可靠性試驗要求行駛。試驗場強化路面包括：窨井群、瀝青路、減速坎、鐵道路口、病害路、仿路沿突起、仿路沿坑洼、石塊路、卵石路、魚鱗坑路、搓衣板路、扭曲路、砂土路。

應力測試方法

本測試在車架取20個關鍵部位貼應變片，所有測點均采用1/4橋連接；所有部位應變片均采用單向片。車輛通過強化路每種路面時，即實時對所有應變片位置處車架應變完成測試。

測試結果

通過應變測試及胡克定律公式，可以得出車架應變片粘貼部位的實際應力分布情況，由于測量點較多，現在重點列舉前后懸架、減震器主要受力點的應變測試結果。

試驗測試與有限元分析應力結果

根據上表測試數據結果顯示，車架增加局部加固板后，減震器支架與車架連接開裂處（通道19和20）應力由194.89MPa下降至142.73MPa，應力下降幅度為31%，車架可靠性明顯提高。

車架增加局部加固板后，車架重點受力部位應力分布較為均勻，除開裂處較修改前應力有明顯變化，其余部位均變化不大，表明增加加固板對車架整體應力分布沒有影響。

由于模型的簡化及實際道路工況的復雜性，車架修改前后有限元分析結果與應力測試結果存在偏差。有限元分析結果稍微小于應力測試結果，但是整體趨勢相同。

同時為了檢驗修改效果，在后續(xù)的4000Km強化路面試驗中每天進行質量跟蹤，該處縱梁以及加固板未出現新的裂紋，原有裂紋也沒有繼續(xù)擴大，說明修改措施有效。

結論

以上是車架修改前后強度分析和應力應變檢測試驗，結果顯示，強度分析和測試試驗的應力數值有些偏差，但應力分布趨勢基本一致。同時，結構修改后的強度優(yōu)于原結構，由此證明了仿真分析加物理測試是有效的產品開發(fā)及優(yōu)化手段。