4.2初步计算结果分析
初步分析表明，桥壳高应力点在管段与中间段过度弧（距中心0.274-0.30米）处，该处是平衡杆加强板和桥壳焊缝，该点非常接近桥壳对焊缝与琵琶段的三角接板对焊位。从桥壳敏感部位局部的结果，可见该段基本上是弯曲工作状态。焊点位存在较大连接力，导致焊缝应力名义值达到500多Mpa，必然在桥壳焊缝同一部位的高应力，如图7所示。
可以说，桥壳断裂问题主要因素是：壳体强度已饱和，增加平衡杆作用后，最大应力再提高18%，最大应力已达337-345 Mpa ，强度明显不足。另一个因素是该部位存在桥壳和平衡杆支座板焊缝聚会，焊缝虽在桥的中部，但焊缝的应力很高，易引起疲劳裂纹。
改进建议是：1、加大桥管尺寸，根本上提高桥壳弯曲强度；2、加大与琵琶段过度圆弧，降低该处应力集中度；3、尽可能向外移动平衡杆支座点尺寸，降低支座力和桥壳敏感部位的附加弯矩；4、减小平衡杆支座尺寸，错开焊缝过份接近，避免相互影响；5、减薄平衡杆支座板尺寸、采用自动焊接技术、考虑在焊缝端应用断续焊缝等，以减小焊接影响。第一点可根本性改善，其它单条应用不一定能够解决寿命问题。
4.3平衡杆支座对桥壳作用分析
根据初步计算分析，验证了桥壳问题产生在D F G 位，应力高达290 Mpa，发现了平衡杆支座板焊接部位有高应力等情况，判断分析疲劳源可能发生在G点。排除加大桥管的改进，分析工作重点放在平衡杆支座板和焊接部位结构分析和改进上。
图8 支座板的高应力梯度图
平衡杆支座板对桥壳作用力是呈左右反对称的，即“只有车身倾斜的一方，支座板对桥壳作用力是与桥壳主工作力是叠加的”。仅限于支座板对桥壳作用力向下的情况，支座板与桥壳间通过焊点相互传递作用力，可见垂直作用力主要分布焊缝两端，中间数值低并呈反方向。轴向力在焊缝两端数值高，方向相反，清楚地表明了支座板和桥壳之间作用力关系，焊缝对桥壳单元产生的作用力大体呈悬索形。说明了：“U”形支座板有较大的弯曲刚度，在它存在的一段内，它约束了原来桥壳的弯曲变形，从而在焊缝两端产生高应力。从结果看到，即使没有侧倾角，该处应力依然很高，高应力数据85%是结构性的、15%左右为车身倾斜时平衡杆作用力产生的。前者为改进结构设计提供了空间，而后者只要有平衡杆就是必然存在的。
支座板设计，除功能需要外，结构强度方面考虑：必须保证平衡杆支座自身强度；尽可能减小对桥壳（高应力区）产生附加应力和焊缝应力集中。两者实际上是互相包容的。从计算结果可见，如图8所示，支座板的高应力实际上是因焊点局部高应力引起的。支座板其它部位应力很低，这样支座板的改进方向就十分明确：“软化支座板，减少对壳体的附加约束。”
4.4 改进方案研究
综合分析支座板结构，设计三个改进方案都去掉原设计中向外沿伸的“耳字形”托板，考虑到：车身侧倾一方，平衡杆对桥壳是下拉作用，托板不起力传递作用；另一侧，虽是上推作用，它与主载荷是相减的。同时因制造平衡杆支座高应力分布等因素，对桥壳的托起作用也明确。更主要的是因为它使得支座板刚度加大，令焊缝端点处于“凹口”状态，增加了焊缝端点的应力集中度。出于同样理由，各改进方案都将支座板两端中部剪为内凹入形，使得焊缝端点处于“稍尖”状态，减少焊缝端点应力集中。
针对减小支座板弯曲刚度，使它与桥壳弯曲变形协调。A方案将半圆形支座板弧高减为28毫米；B方案只将支座板中间剪成凹弧，焊缝在中部断开；C方案是B方案的进一步，将支座板中间剪开，成为断开的两个“I字形”板，它靠下面的槽形平衡杆安装架连接，如下图所示。
几种方案计算结果
从结果可见，方案A效果不好，焊缝长度没改变，主要是焊缝下移后，离开了桥壳弯曲中心面，比弯曲中心大的桥壳轴方向延伸变形受到约束，造成轴方向约束力加大；方案B呈理想方向变化，但力度不够；方案C是较理想，壳体应力基本持平，Sv有所下降，焊缝S1有大幅度下降，但其位远离桥壳高应力部位。座板S1也呈下降态。所以从结构改进角度评价，不增加桥壳和支座板应力，同时降低焊缝高应力。
5 结束语
本文对车后桥分析是建立在简化约束及假设基础上，计算研究得到的结论是：方案C较理想，可达到不增加桥壳应力下，有效压低焊缝应力，如前期实验的疲劳源发生在焊缝上，属于平衡杆支架焊接方面的问题，改进方向是尽可能弱化平衡杆支座刚度，降低对桥壳的附加约束并减小焊缝应力。但如果疲劳源发生在桥壳过度段（D、F点），改进方案的效果很难预测。因此，应用CAE方法进行优化设计，对不同产品结构零件，分析须对实验疲劳断口进行研究，判断疲劳源位置，同时，需要通过评价数据库进行评价，在没有评价数据库的条件下，对上述桥壳的高应力，其疲劳强度情况还有待进一步研究。
[参考文献]
[1] [德]约森•赖姆佩尔 著 王瑄译《悬架元件及底盘力学》 长春：吉林科学技术出版社，1992
[2] 杜平安 《结构有限元分析建模方法》 北京：机械工业出版社，1998
[3] 朱茂桃 陈昆山 《农用运输车后桥壳体的结构分析》 农业机械学报 2001、第2期
注：本稿件来自安世亚太10周年优秀论文。
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