開發(fā)高品質(zhì)螺栓接頭是汽車底盤設(shè)計(jì)的必備內(nèi)容。雖然相對(duì)于連接件（如將副車架與轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連的趾型連接臂）設(shè)計(jì)而言有些鮮為人知，但牢固穩(wěn)健的接頭對(duì)改善汽車的操作性能和延長(zhǎng)汽車的壽命均具有關(guān)鍵性的意義。松動(dòng)的接頭往往會(huì)使質(zhì)量問題加劇，比如錯(cuò)位，最終損害接頭件的耐用性。設(shè)計(jì)良好的接頭會(huì)有更高的效率，能夠使用尺寸更小的緊固件支撐更大的載荷，且不會(huì)發(fā)生松動(dòng)。

分析錐形接頭的性能

螺栓接頭是轎車懸架部分最常用的接合方式。在此應(yīng)用中，錐形接頭通過懸臂式連接的方式將趾型連接臂與后轉(zhuǎn)向節(jié)臂接合。錐形接頭的兩個(gè)配合件，即軸襯內(nèi)套和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，各自對(duì)錐角有獨(dú)特的制造公差要求。

為在鋼軸襯內(nèi)套和鋁轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間開發(fā)一種牢固可靠的錐形接頭，對(duì)下列幾個(gè)方面進(jìn)行了思考：

? 每個(gè)組件的制造公差；

? 圓錐體和底座之間的接觸面積；

? 錐角；

? 工作載荷移除后的轉(zhuǎn)矩?fù)p失。

為完成設(shè)計(jì)的虛擬測(cè)試，汽車制造商的工程師借助在3DS CATIA中所創(chuàng)模型的幾何構(gòu)造和材料屬性，使用AFC為轉(zhuǎn)向節(jié)臂和軸襯內(nèi)套建立有限元模型。由于AFC可保持與3DS CATIA模型的關(guān)聯(lián)，因此當(dāng)CAD模型在可用的設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)變化時(shí)可確保Abaqus模型能夠得到可靠的更新。

在物理裝配流程中，將一個(gè)鍛鋼的內(nèi)錐嵌入鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)臂的底座中。由于這兩種部件采用的制造流程不同，因此圓錐設(shè)計(jì)的角公差在內(nèi)套和轉(zhuǎn)向節(jié)臂的接觸面上存在差異。

為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健可靠的接觸分析乃至接觸壓力分布分析，構(gòu)建的軸襯網(wǎng)格與轉(zhuǎn)向節(jié)臂座的網(wǎng)格一致。為便于接觸面的網(wǎng)格一致，專門創(chuàng)建了單獨(dú)的轉(zhuǎn)向節(jié)臂座“域”（見圖2的藍(lán)綠色部分）以簡(jiǎn)化網(wǎng)格劃分。這部分用Abaqus提供的tied接觸形式與轉(zhuǎn)向節(jié)臂體的其余部分相連。

為仿真螺栓裝配過程，在軸襯和轉(zhuǎn)向節(jié)臂接頭座之間創(chuàng)建了一個(gè)虛擬螺栓。外部工作載荷作用在軸襯中心上。為便于開展非線性分析，將鋁和鋼的非線性應(yīng)力—應(yīng)變曲線導(dǎo)入AFC。接觸對(duì)和螺栓預(yù)緊力均在AFC內(nèi)創(chuàng)建。使用AFC進(jìn)行后處理即可輸出接觸面積（CAREA）和接觸力（CFNM）。最后，輸出Abaqus分析文件并提交給高性能計(jì)算（HPC）集群，運(yùn)行分析。

管理DOE流程

由于汽車制造商需要評(píng)估使用不同參數(shù)組合的大量設(shè)計(jì)，這就促使工程師開發(fā)自動(dòng)化DOE流程。在這個(gè)流程中，CAD幾何構(gòu)造的更新和FEA模型的更新均在同一環(huán)路中完成，故可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的DOE方法。

汽車制造商的3DS CATIA啟動(dòng)是采用外部產(chǎn)品管理系統(tǒng)進(jìn)行定制。在初始化3DS CATIA界面之前，需編寫腳本除去產(chǎn)品管理系統(tǒng)的鏈接。然后使用外部Excel文件將設(shè)計(jì)參數(shù)饋入3DS CATIA，這是3DS CATIA中更新設(shè)計(jì)表的常用方法。來自Excel文件的輸入?yún)?shù)被映射到Isight Manager的DOE任務(wù)上。這樣每個(gè)環(huán)路Excel表都能夠自動(dòng)更新。由于Excel與設(shè)計(jì)表同步，因此3DS CATIA中的CAD幾何構(gòu)造也就能自動(dòng)更新。在AFC中，由于幾何構(gòu)造和FE網(wǎng)格彼此關(guān)聯(lián)，故生成的網(wǎng)格也會(huì)隨CAD數(shù)據(jù)的變化而更新。

Isight環(huán)路內(nèi)Abaqus組件的作用是在每次DOE運(yùn)行時(shí)提取CAREA和CFNM等輸出（見圖3）。來自Excel文件的輸入?yún)?shù)隨后會(huì)映射到這些輸出參數(shù)上，用于創(chuàng)建Isight近似模型。

在Isight的幫助下，通過使用AFC并創(chuàng)建集成式閉環(huán)DOE流程，汽車制造商得以交付牢固可靠的錐形接頭設(shè)計(jì)。該接頭接觸面良好，在去除載荷后能保持夾持載荷，且制造公差也不會(huì)超出規(guī)格要求。