轿车前拖车钩强度优化分析

轿车前拖车钩强度优化分析

作者：张衍成 刘红艳

来源：《时代汽车》 2017年第15期

摘要：以某轿车前拖车钩为研究对象，借助于有限元分析软件Hypermesh，截取部分白车

身，建立前拖车钩安装强度分析有限元网格模型，计算前拖车钩在直拉载荷和斜拉载荷工况下

的应力响应，并根据计算结果进行结构优化，使前拖车钩及其防撞梁连接板强度达到设计要求。

关键词：前拖车钩；防撞梁；强度；优化分析

1引言

前拖车钩是车辆出现故障后需要借助外力走出困境的车身牵引装置，拖车钩及其防撞梁连

接板都应具备足够的安装强度，以保证车辆能够安全的脱离困境[1-2]。在实际使用过程中，前

拖车钩及其防撞梁连接板都将承受较大的拉力，对车辆的使用性能产生较大的影响，因此在整

车设计研发阶段就必须借助于有限元等分析方法对前拖车钩进行强度优化分析，找出设计弱点，

进而可以避免车辆因前拖车钩失效而引发致命的质量问题。

2有限元模型的建立

前拖车钩为实心圆钢，与拖车钩管螺纹连接。根据结构特征，车身薄壁结构采用壳单元离

散，前拖车钩为六面体的实体网格。前拖车钩与管套采用的是RBE2连接，管套与防撞梁的焊缝

也采用的是RBE2连接。本文使用有限元分析软件Hypermesh建立了前拖车钩安装强度分析有限

元网格模型，如图1所示。

CASE 1为直拉载荷工况，CASE 2为斜拉载荷工况，其作用力分别为Fl和F2，如图2所示。

F1=（整备质量+7人体重+7人行李）／2

F2=（整备质量+1人体重+1人行李）／2

4前拖车钩强度分析

在前拖车钩处施力，使用求解器Abaqus计算分析拖车钩在直拉工况和斜拉工况下加载和卸

载后的残余变形。在后处理软件HyperView中观察位移云图，如图3-6所示。

评价标准：直拉载荷工况下残余变形小于3mm，斜拉载荷工况下残余变形小于6mm，允许发

生塑性应变，但最大应力不得超过材料的抗拉强度。

经分析可知：前拖车钩在直拉载荷工况下，残余变形大于3mm，斜拉载荷工况下，残余变

形大于6mm，不合格。

5方案优化及分析

要想提高前拖车钩的强度和抗拉变形能力，需要对其前防撞梁连接板内、外板安装位置进

行优化分析。

优化方案与原始方案的连接内、外板在料厚和材料上均对应一致，其不同之处在于优化方

案连接内、外板的螺栓安装孔在Z向上距纵梁表面的距离L均小于原始方案，从而使前拖车钩

施加拉力时变形较小。方案对比图如图7所示。

图7中：红色实线为安装孔中心线；蓝色实线为纵梁上下表面。图7．(1)：优化方案，防

撞梁连接外板；图7一(2)：优化方案，防撞梁连接内板；图7- (3)：原始方案，防撞梁连接

外板；图7．(4)：原始方案，防撞梁连接内板。

在前拖车钩处施力，使用求解器Abaqus计算分析优化后的拖车钩在直拉工况和斜拉工况下

加载和卸载后的残余变形。在后处理软件HyperView中观察优化后的位移云图，如图8 -11所

示。

经分析可知：前拖车钩在直拉载荷工况下，残余变形为0.65mm，小于3mm；斜拉载荷工况

下，残余变形为0.48mm，小于6mm；且两种工况下材料均未超过抗拉强度。分析结论：合格。

优化后的方案能够达到预期设计的目标值，有效地避免了强度风险。

6结语

本文借助于有限元软件对某轿车前拖车钩及防撞梁连接板进行强度优化分析，根据计算结

果发现相关部件的薄弱点，并针对具体情况提出了合理有效的结构优化方案，能够有效避免前

拖车钩在实际使用过程中出现开裂、位移过大等问题。

参考文献：

[1]徐中明，徐小飞，万鑫铭，等，铝合金保险杠防撞梁结构优化设计[J]．机械工程学报，

2013, 49( 8):136-142.

[2]郭怡晖，马鸣图，张宜生，等，前防撞梁零件的热成形试制研究[J]．中国工程科学，

2014，16 (1)：76-80.

[3]林程，王文伟，陈潇凯，汽车车身结构与设计[M]，北京：机械工业出版社，2016．

[4]张伟．汽车碰撞及防撞梁结构优化研究[D].成都：西南交通大学，2012．

[5]高俊哲，轧制差厚板的冲压工艺研究及其在汽车前防撞梁的应用[D]，大连：大连理工

大学．2013．

作者简介——

张衍成：（1987-），男，汉族，山东泰安人，硕士研究生，汽车维修工技师。研究方向：

汽车检测与维修技术。

刘红艳：（1980-），女，汉族，山东烟台人，硕士研究生，讲师。研究方向：汽车检测与

维修技术。