鈑金類懸置支架應力分析時單元型別及考慮彈塑性對計算結果影響的探討

鈑金類懸置支架在整車上應用非常廣泛，由於這是一種彈塑性材料，在進行28工況載荷下的應力計算時除了要考慮典型工況及極限工況時判斷標準的差異以外，還要注意單元型別對計算結果的影響。

對於鈑金類支架，常規的判斷標準是典型工況下，要求其米塞斯應力（Von。Mises）低於材料屈服強度；而極限工況下則要求米塞斯應力（Von。Mises）低於材料抗拉強度80%；同時還要考慮材料的塑性變形的影響。

以下是一個計算案例，該零件的數模見圖1。

圖1懸置支架數模

該零件28工況載荷表如下圖2所示，其中灰色部分為極限工況，其餘為典型工況：

圖228工況載荷資料

在HYPERMESH中對其進行網格劃分，匯出INP檔案再倒入到ABAQUS軟體中進行設定，得到的計算模型見圖3，該零件的材料引數見表1。其中兩塊小加強版用TIE連線。

表1材料引數

圖3有限元分析模型

由於ABAQUS中的殼單元的種類有S4/S4R/S3/S8R/STRI65這幾種，本文中將對選極限工況10的載荷（fx=-3716，fy=19。49，fz=-552。7），對其設定為S4/S3，S4R/S3以及S8R/STRI65這三種情況下的應力進行計算，看其差異有多大，最後考慮懸置支架的塑性變形情況，匯入材料的應力應變曲線重新進行計算，看其計算結果與哪種單元計算所得結果差異最小。

第一種單元S4/S3設定如下圖4：

圖4S4/S3單元設定

計算結果見圖5，可知算得的應力為662MPA，最大應力位置在孔邊。顯然這個應力已經超過了材料的抗拉強度。

圖5S4/S3單元計算結果

第二種單元S4R/S3設定如下圖6：

圖6S4/S3單元設定

圖7S4/S3單元計算結果

計算結果見圖7，可知算得的應力為611MPA，最大應力位置還是在孔邊。應力比採用S4/S3少了50MPA左右、但這個應力還是大大的超過了材料的抗拉強度。

第三種單元S8R/STRI65設定見圖8。

圖8S8R/STRI65單元設定

計算結果見圖9，可知算得的應力為875MPA，最大應力位置還是在孔邊。但這個應力更是大大的超過了材料的抗拉強度，估計支架早就斷裂了。

圖9S8R/STRI65單元計算結果

比較以上三種單元型別，S4R/S3更為算得的應力最小。在ABAQUS中S4R單元是一種通用的殼單元型別，適應性很好，既可以用於厚殼問題的模擬，也可以用於薄殼問題的模擬。因此得到的結果更符合實際。但三種演算法所得應力結果都遠超材料的屈服極限，大家肯定認為這個支架的結構設計有問題了，但在實際的路試以及後期的售後並沒有出現斷裂的情況，那是怎麼一回事呢？

這就要涉及到工程應力應變與真實應力應變的知識了，具體內容可以參考成總的這篇文章：在材料設定中輸入其真實的應力應變資料（見圖10），再按照以上三種方法中應力最小的單元S4R/S3進行計算結果所得應力雲圖如圖11所示。

圖10應力——應變引數輸入

圖11考慮應力應變的計算結果

計算得到的最大應力位置不變，但值小了很多，才279MPa，根據鈑金類支架的強度判定標準，極限工況下要求小於材料屈服極限的80%，顯然是滿足要求的，這或許就是支架在具體的應用中沒有出現問題的原因吧！

因此，對於鈑金類懸置支架的應力分析，除了考慮殼單元的選擇之外，對於極限工況的分析，還要考慮塑性變形的問題。最後給出這個支架28工況載荷下的應力計算結果如表2所示。

表2左懸置支架28工況應力計算結果