基于CAE的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法

基于cae的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于cae分析的优化设计方法，尤其涉及一种基于cae的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法。


背景技术：

2.近年来，随着环境污染的加剧，对于环境的保护越来越严格，相应出台了国六排放标准，因此各车企急需改善汽车排放标准及降低油耗，而汽车轻量化对汽车排放及提高整车燃油经济性起关键性作用。
3.推力杆总成由球头、杆体、卡簧挡圈、橡胶球铰等组成，现有技术的推力杆总成的金属件通常采用钢材制造，为了对其轻量化，将钢材替换成了铝合金材料。为了使得铝合金推力杆总成在满足轻量化的减重要求的同时，满足实际使用中的性能要求，需要对其重新进行结构设计。而cae技术能够对重新设计后的推力杆总成进行模拟分析，从而评价该种结构的推力杆总成是否满足设计要求，对推力杆总成的设计和优化提供指导。
4.推力杆由多个部件装配而成，各部件接触关系复杂，且推力杆总成工作载荷大，橡胶球铰变形大，各部件材料力学性能需考虑材料塑性性能，所以推力杆总成cae分析是一个涉及边界非线性、材料非线性、几何非线性的高度非线性问题。在模拟求解过程中，很容易出现计算不收敛现象，导致无法获取推力杆各部件在工作载荷下的受力情况，因此例如论文《重型工程车推力杆的设计匹配》(居刚,李海波,修永芝.重型工程车推力杆的设计匹配[j].专用汽车,2012,000(002):74-77)所公开的分析方法中将橡胶球铰及卡簧挡圈简化掉，直接将载荷传递至球头和杆体，这样虽能克服计算不收敛问题，但这样的简化，没有考虑球铰刚度和变形对载荷传递路径的影响，不能体现推力杆总成各部件的连接关系对应力分布的影响，导致计算结果不准确，无法识别常见失效模式，失去了仿真的目的，从而无法形成一套完善准确的基于cae评价推力杆的设计评价方法。并且为了提高推力杆总成的开发效率，还需要尽可能地缩短cae计算分析时间。
[0005]
因此，需要一种更准确、计算效率更高的基于cae的铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法。


技术实现要素：

[0006]
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种基于cae的推力杆总成的轻量化设计评价方法，能够更准确地分析评价推力杆总成的性能、且节约时间、缩短开发流程，从而能更好的辅助推力杆总成的轻量化结构设计。
[0007]
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0008]
一种基于cae的推力杆总成的轻量化设计评价优化方法，包括以下步骤：
[0009]
s1、根据减重目标对推力杆总成进行轻量化设计，得到推力杆总成的结构几何模型；所述推力杆总成的各个部件包括杆体、球头、卡簧挡圈、球铰组件；所述球头设置在所述杆体的两端，所述球头内具有卡簧安装槽；在预压装配状态下，所述卡簧挡圈卡设于所述卡
簧安装槽内，使得所述卡簧挡圈抵住球铰组件的端面，从而将球铰组件安装于所述球头内；所述球铰组件包括球销，套设于所述球销外侧的球铰橡胶，以及分别盖设于所述球铰橡胶两端的球铰上端盖、球铰下端盖，且所述球销、球铰橡胶、球铰上端盖、球铰下端盖通过硫化结合为一体；
[0010]
s2、建立一半的总成网格模型：根据所述结构几何模型，以垂直于所述杆体轴向且穿过所述杆体中点的平面作为分割面，将所述结构几何模型分隔为两半，以其中一半建立一半的总成网格模型；且所述球铰橡胶以非预压装配状态下的自由状态建立网格模型。
[0011]
由于推力杆为中心对称结构，该步骤只建立一半的总成网格模型是为了简化计算，提升分析效率。
[0012]
s3、赋予材料属性：根据所述推力杆总成的各个部件的材料类型，分别赋予材料属性。对于金属部件赋予杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线，对于橡胶赋予应变能本构模型参数。
[0013]
优选的，对于所述球铰橡胶的材料属性中的应变能本构模型类型的确定包括以下步骤：
[0014]
a、使用与所述球铰橡胶相同的材料制备橡胶试件，由橡胶试件单轴拉伸、平面拉伸和等双轴拉伸试验获取应力-应变曲线数据；
[0015]
b、将所述应力-应变曲线数据导入有限元分析软件abaqus的材料属性超弹性模块中，分别使用ogden、mooney-rivlin、yeoh应变能模型进行拟合，获取相应的本构模型参数；
[0016]
c、使用相应的本构模型参数，计算ogden、mooney-rivlin、yeoh应变能模型对应的径向刚度值k1，k2，k3，并与橡胶试件的实测刚度值k计算偏差率，，并与橡胶试件的实测刚度值k计算偏差率，选择偏差率最小的对应的应变能模型，作为所述球铰橡胶的应变能模型。
[0017]
s4、建立预压装配状态下的静力学模型：以所述一半的总成网格模型，建立预压装配状态下的静力学模型，计算预压装配状态下的推力杆总成的初始应力分布，优选的具体步骤为：
[0018]
a、接触对的建立和设置：以所述一半的总成网格模型，根据推力杆总成各个部件之间的接触关系，使用静力学隐式接触对建立各部件的接触交互关系；其中所述球铰上端盖上表面与所述卡簧挡圈下底面建立过盈接触对，用以模拟预压装配状态下的球铰橡胶的压缩状态，并根据设计预压量进行过盈设置，设置过盈量和过盈幅值曲线；为了提高模型收敛性，对每一个接触对选用接触自动稳定控制，解决因接触引起的不收敛问题。
[0019]
b、赋予单元类型：为了便于计算优选的，球头和球铰球销采用隐式标准二阶四面体修正单元类型，球铰橡胶采用隐式标准一阶六面体杂交单元类型，球铰上下端盖、卡簧挡圈和杆体采用隐式标准一阶六面体单元类型。
[0020]
c、创建计算分析步：
[0021]
分析步1：根据步骤a的过盈设置模拟预压装配状态，并建立临时约束边界条件：约束所述球头上下端面3个平动自由度；计算得到预压装配状态下所述球铰橡胶的压缩反弹力；
[0022]
分析步2：释放临时边界条件，在所述杆体被所述分割面所切割的截面上定义轴对称约束条件，使用所述压缩反弹力计算推力杆总成的初始应力分布；
[0023]
本发明的模拟计算分为两个分析步：分析步1、分析步2，由于推力杆预压过程产生的压缩反弹力大、接触对数量多，而约束位置离球头较远，球头容易在很短分析迭代步中，发生较大位移，使边界条件和接触区域的塑性应变发生急剧变化，使得在分析求解平衡方程时难以收敛。通过在球头上下端面建立临时约束条件，可防止球头在预压过程中，防止球头出现较大位移，限制边界条件和接触处的塑性应变急剧变化，从而帮助求解平衡方程的稳定建立，提高收敛性，防止出现计算不收敛的问题。
[0024]
本发明在静力学模型分析时，采用一半的总成网格和轴对称约束条件，来评估推力疲劳性能和刚度性能，减少了计算量，提高了计算效率。
[0025]
s5、评价推力杆疲劳性能、刚度性能：若疲劳性能、刚度性能任意一项性能不符合设计要求，即为不合格，返回步骤s1；若疲劳性能、刚度性能均符合设计要求，即为合格，优选的具体步骤为：
[0026]
5.1、评价推力杆疲劳性能：使用步骤s4的预压装配状态下的静力学模型计算疲劳循环次数，评价所述推力杆总成的疲劳性能，将计算得到的疲劳循环次数与设计要求的疲劳循环次数对比，若大于等于设计要求的疲劳循环次数则为合格；若小于设计要求则为不合格，重新返回步骤s1。
[0027]
优选的，所述计算疲劳循环次数的具体步骤为：
[0028]
a、使用重分析功能在步骤s4的所述静力学模型上添加疲劳分析步：设置疲劳分析步中的加载点为球销的弹性中心点，并设置设计要求的疲劳工况；
[0029]
计算得到所述球头、卡簧挡圈、球铰上端盖、球铰下端盖、球销、杆体的应力，所述球铰橡胶的对数应变；
[0030]
b、将所述应力和对数应变结果导入疲劳分析软件，计算得到疲劳循环次数。
[0031]
该步骤使用重分析功能能够帮助减少分析步骤，节约分析时间。
[0032]
5.2、评价刚度性能：使用步骤s4的预压装配状态下的静力学模型计算得到径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度，评价所述推力杆总成的刚度性能，将计算得到的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度分别与对应设计要求的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度对比，若在对应设计要求的刚度
±
15％的偏差内则合格，若在设计要求的刚度
±
15％的偏差外则不合格，重新返回步骤s1。
[0033]
优选的，所述计算径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度的具体步骤为：
[0034]
1、使用重分析功能在s4的所述静力学模型上添加刚度分析步，设置刚度分析步中的加载点为球销的弹性中心点，并设置设计要求的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度的对应加载范围，从而计算得到对应的径向位移、转角、约束反力、约束反扭矩；
[0035]
2、读取计算得到的所述径向位移、转角、约束反力，约束反扭矩分别使用以上数据做出刚度曲线图，从而拟合得到对应的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度
[0036]
s6、建立完整的总成网格模型：以步骤s2建立的一半的总成网格模型为基础，以所述切割面的中心点为对称中心，旋转180
°
建立另一半的总成网格模型，从而得到完整的总成网格模型，
[0037]
s7、赋予材料属性：根据所述推力杆总成的各个部件的材料类型，分别赋予材料属性；
[0038]
s8、建立预压装配状态下的动力学模型：以完整的所述总成网格模型，建立预压装
配状态下的动力学模型，计算预压装配状态下的推力杆总成的初始应力分布，具体步骤为：
[0039]
a、定义分析时间，定义质量缩放因子。
[0040]
由于质量缩放因子的选取影响求解精度和计算时间，本发明选用半自动控制缩放因子方法，通过网格质量检查功能，获取网格平均最小稳定时间步长，并以此时间步长，作为质量缩放因子调整目标，达到同时兼顾精度和计算成本的目的。
[0041]
b、根据推力杆总成各个部件之间的接触关系，使用动力学显式通用接触对方法建立各部件的接触交互关系；其中所述球铰上端盖上表面与所述卡簧挡圈下底面建立过盈接触对，用以模拟预压装配状态下的球铰橡胶，并根据设计预压量进行过盈设置，设置过盈量和过盈幅值曲线；
[0042]
c、赋予单元类型，为了便于计算优选的，球头和球铰球销采用显式二阶四面体修正单元类型，球铰橡胶、球铰上下端盖、卡簧挡圈和杆体采用显式一阶六面体单元类型。
[0043]
d、创建计算分析步:
[0044]
分析步1：根据步骤2的过盈设置模拟预压装配状态，并建立临时约束边界条件：约束两端的球头上下端面的3个平动自由度；计算得到预压装配状态下所述球铰橡胶的压缩反弹力；
[0045]
分析步2：释放临时边界条件，在两端的所述球头的中心点定义固定约束条件：约束两端的球头的中心点6个自由度，使用所述压缩反弹力计算推力杆总成的初始应力分布。
[0046]
本发明在动力学模型分析时，通过优选平均稳定时间步进行质量缩放因子的控制，从而在保证精度的同时，提高计算效率；通过使用动力学模型，解决了推力杆在极限工况下，因橡胶变形过大，引起的不收敛问题。
[0047]
s9、评价极限工况性能：使用步骤s8的预压装配状态下的动力学模型计算后评价所述推力杆总成的极限工况性能，所述极限工况性能包括强度性能、杆体屈曲性能、卡簧挡圈锁止性能，若所述强度性能、杆体屈曲性能、卡簧挡圈锁止性能中任意一个性能不合格，则为不合格，返回步骤s1；若强度性能、杆体屈曲性能、卡簧挡圈锁止性能均合格，则为合格；
[0048]
优选的，具体的判断方法为：
[0049]
强度性能：将计算得到的等效塑性应变与对应的设计要求对比，若等效塑性应变小于设计要求，则合格，若等效塑性应变大于设计要求，则不合格，返回步骤s1；
[0050]
杆体屈曲性能：将计算得到的杆体屈曲极限临界载荷与对应的设计要求对比，若杆体屈曲极限临界载荷大于设计要求，则合格，若杆体屈曲极限临界载荷小于设计要求，则不合格，返回步骤s1；
[0051]
卡簧挡圈锁止性能：将计算得到卡簧挡圈上表面与卡簧安装槽接触处的等效塑性应变、卡簧挡圈翘曲位移与对应的卡簧挡圈锁止性能标准对比，若满足卡簧挡圈锁止性能标准对比，则合格；若否则不合格，返回步骤s1。
[0052]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0053]
1、本发明确定了基于cae的对铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法，确定了推力杆总成刚度性能、总成各部件疲劳性能、极限工况性能的评价指标，能够帮助设计人员更准确、全面、快速地确认设计好的推力杆总成是否满足设计要求，加快轻量化推力杆总成的开发效率。
[0054]
2、推力杆总成刚度性能、总成各部件疲劳性能、极限工况性能是推力杆性能的重要指标；本发明以包括各个部件的推力杆总成模型为基础进行模拟分析计算，没有对模型进行简化，并考虑了预压装配状态下的球铰橡胶的压缩反弹力对模拟分析结果的影响，再配合相应的分析方法，避免了计算不收敛的问题，能够更为准确地模拟推力杆总成的实际情况，能够更准确地获取推力杆总成刚度性能、总成各部件疲劳性能、极限工况性能。
[0055]
3、卡簧挡圈锁止性能不佳，从而导致卡簧挡圈弹出也是推力杆总成失效的主要模式之一，但现有技术中尚无对该性能进行评价的指标；本发明的发明人确定了主要失效机理，且确定了相应的卡簧挡圈锁止性能标准：卡簧挡圈上表面与卡簧安装槽接触处的等效塑性应变＜材料延伸率、且卡簧挡圈翘曲位移h＜2.5mm。。
[0056]
4、评估疲劳性能和刚度性能的载荷较小，球铰橡胶不会发生较大变形，不容易出现因橡胶过大变形，使用静力学模型可顺利通过平衡方程迭代得到计算结果，且分析时间少，精度高，所以对于疲劳性能以及刚度性的评估，优先选择采用静力学模型进行分析。由于极限工况的载荷大，橡胶变形严重，难以通过平衡方程迭代得到计算结果。另外，推力杆在受压极限工况下，由于包含复杂的接触关系和橡胶，属于复杂的后屈曲分析。而动力学模型的计算方法采用中心差分法，不需要进行平衡方程求解，没有收敛问题，可以解决橡胶变形过大引起的不收敛问题，且可以通过施加位移的方法，方便的进行推力杆后屈曲分析。
[0057]
5、本发明在静力学模型分析时，采用一半的总成网格，来评估推力疲劳性能和刚度性能，减少了计算量，节约分析时间。
附图说明
[0058]
图1为本发明的实施例的推力杆总成的结构几何模型；
[0059]
图2为本发明的实施例的分割面的示意图；
[0060]
图3为本发明的实施例的推力杆总成的预压装配状态下的结构示意图；
[0061]
图4为本发明的实施例的一半的总成网格模型示意图；
[0062]
图5为本发明的实施例的过盈幅值曲线图；
[0063]
图6为本发明的实施例的完整的总成网格模型示意图；
[0064]
图7为本发明的实施例的合格件和不合格件的翘曲位移云图和等效塑性应变云图；
[0065]
图8为本发明的实施例的流程图。
具体实施方式
[0066]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0067]
该种基于cae的推力杆总成的轻量化设计评价优化方法，包括以下步骤：
[0068]
s1、根据减重目标对推力杆总成进行轻量化设计，得到推力杆总成的结构几何模型，本实施例的推力杆总成的结构几何模型如图1所示。
[0069]
推力杆总成的各个部件包括杆体1、球头12、卡簧挡圈3、球铰组件4；球头12设置在杆体1的两端，球头12内具有卡簧安装槽13；在预压装配状态下，卡簧挡圈3卡设于卡簧安装槽13内，使得卡簧挡圈3抵住球铰组件4的端面，从而将球铰组件4安装于球头12内；球铰组件4包括球销41，套设于球销41外侧的球铰橡胶42，以及分别盖设于球铰橡胶42两端的球铰
上端盖43、球铰下端盖44，且球销41、球铰橡胶42、球铰上端盖43、球铰下端盖44通过硫化结合为一体。
[0070]
s2、建立一半的总成网格模型：根据结构几何模型，以垂直于杆体1轴向且穿过杆体1中点的平面作为分割面a，将结构几何模型分隔为两半，以其中一半建立一半的总成网格模型；且球铰橡胶42以非预压装配状态下的自由状态建立网格模型；本实施例的一半的总成网格模型如图4所示。
[0071]
s3、赋予材料属性：根据推力杆总成的各个部件的材料类型，分别赋予材料属性：
[0072]
本实施例的材料属性包括杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线、超弹性应变能ogden本构模型参数，本实施例的杆体1为45号钢、需要赋予的材料属性为杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线，球头12为45号钢、需要赋予的材料属性为杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线，卡簧挡圈3为65mn锰钢、需要赋予的材料属性为杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线，球销41为40cr铬钢、需要赋予的材料属性为杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线，球铰橡胶42为天然胶，其中对于球铰橡胶42选用超弹性应变能ogden本构模型，球铰上端盖43为45号钢、需要赋予的材料属性为杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线、球铰下端盖44为45号钢、需要赋予的材料属性为杨氏模量、泊松比、密度、塑性应力应变曲线。
[0073]
确定球铰橡胶42的本构模型类型的方法包括以下步骤：
[0074]
a、使用与球铰橡胶42相同的材料制备橡胶试件，由橡胶试件单轴拉伸、平面拉伸和等双轴拉伸试验获取应力-应变曲线数据；
[0075]
b、将应力-应变曲线数据导入abaqus模块的材料属性超弹性模块中，分别使用ogden、mooney-rivlin、yeoh应变能模型进行拟合，获取相应的本构模型参数；
[0076]
c、使用相应的本构模型参数，计算ogden、mooney-rivlin、yeoh应变能模型对应的径向刚度值k1，k2，k3，并与橡胶试件的实测刚度值k计算偏差:，，并与橡胶试件的实测刚度值k计算偏差:，本实施例计算得到的结果中ogden对应径向刚度的偏差率为4.2％、mooney-rivlin对应径向刚度的偏差率为10.6％、yeoh对应径向刚度为8.4％，ogden应变能模型对应的偏差率最小，更接近实际的刚度值，因此选用ogden本构模型来模拟球铰橡胶42的力学性能。
[0077]
s4、建立预压装配状态下的静力学模型：以一半的总成网格模型，建立预压装配状态下的静力学模型，计算预压装配状态下的推力杆总成的初始应力分布，具体步骤为：
[0078]
a、接触对的建立和设置：以一半的总成网格模型，根据推力杆总成各个部件之间的接触关系，使用静力学隐式接触对建立各部件的接触交互关系；其中球铰上端盖43上表面与卡簧挡圈3下底面建立过盈接触对，用以模拟预压装配状态下的球铰橡胶42的压缩状态，并根据设计预压量进行过盈设置，设置过盈量和过盈幅值曲线，本实施例的设置的过盈量为3mm，设置的过盈幅值曲线为如图5所示；
[0079]
为了提高模型收敛性，对每一个接触对选用接触自动稳定控制，解决因接触引起的不收敛问题。
[0080]
b、赋予单元类型：本实施例球头12和球铰球销41采用隐式标准二阶四面体修正单元类型，球铰橡胶42采用隐式标准一阶六面体杂交单元类型，球铰上下端盖、卡簧挡圈3和杆体1采用隐式标准一阶六面体单元类型。
[0081]
c、创建计算分析步：
[0082]
分析步1：根据步骤1的过盈设置模拟预压装配状态，并建立临时约束边界条件，本实施例的临时约束边界条件为：约束球头12上下端面3个平动自由度；计算得到预压装配状态下球铰橡胶42的压缩反弹力；
[0083]
分析步2：释放临时边界条件，在杆体1被分割面a所切割的截面上定义轴对称约束条件，本实施例的轴对称约束条件为：约束杆体1的分割面a的6个自由度，使用压缩反弹力计算推力杆总成的初始应力分布；
[0084]
s5、评价推力杆疲劳性能、刚度性能：若疲劳性能、刚度性能任意一项性能不符合设计要求，即为不合格，返回步骤s1；若疲劳性能、刚度性能均符合设计要求，即为合格，优选的具体步骤为：
[0085]
5.1、评价推力杆疲劳性能：使用步骤s4的预压装配状态下的静力学模型计算疲劳循环次数，评价推力杆总成的疲劳性能，将计算得到的疲劳循环次数与设计要求的疲劳循环次数对比，本实施例的设计要求的疲劳次数为8万次，若大于等于设计要求的疲劳循环次数则为合格；若小于设计要求则为不合格，重新返回步骤s1。
[0086]
本实施例计算疲劳循环次数的具体步骤为：
[0087]
a、使用重分析功能在步骤s4的静力学模型上添加疲劳分析步：设置疲劳分析步中的加载点为球销41的弹性中心点，并设置设计要求的疲劳工况；
[0088]
计算得到球头12、卡簧挡圈3、球铰上端盖43、球铰下端盖44、球销41、杆体1的应力，球铰橡胶42的对数应变
[0089]
b、将应力和对数应变结果导入疲劳分析软件，计算得到疲劳循环次数。
[0090]
5.2、评价刚度性能：使用步骤s4的预压装配状态下的静力学模型计算得到径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度，评价推力杆总成的刚度性能，将计算得到的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度分别与对应设计要求的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度对比，本实施例设计要求的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度分别为40kn/mm、38n.m/
°
、50n.m/
°
，若在对应设计要求的刚度
±
15％的偏差内则合格，若在设计要求的刚度
±
15％的偏差外则不合格，重新返回步骤s1。
[0091]
本实施例计算径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度的具体步骤为：
[0092]
a、使用重分析功能在s4的静力学模型上添加刚度分析步，设置刚度分析步中的加载点为球销41的弹性中心点，并设置设计要求的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度的对应加载范围，从而计算得到对应的径向位移、转角、约束反力、约束反扭矩；
[0093]
b、读取计算得到的径向位移、转角、约束反力，约束反扭矩分别使用以上数据做出刚度曲线图，从而拟合得到对应的径向刚度、扭转刚度、偏摆刚度；
[0094]
s6、建立完整的总成网格模型：以步骤s2建立的一半的总成网格模型为基础，以切割面的中心点为对称中心，旋转180
°
建立另一半的总成网格模型，从而得到完整的总成网格模型，使用总成网格模型建立动力学模型，本实施的完整的总成网格模型如图6所示。
[0095]
s7、赋予材料属性：根据推力杆总成的各个部件的材料类型，分别赋予材料属性，
[0096]
本实施例的各个部件的材料类型和材料属性的设置同步骤s3；
[0097]
s8、建立预压装配状态下的动力学模型：以完整的总成网格模型，建立预压装配状态下的动力学模型，计算预压装配状态下的推力杆总成的初始应力分布，具体步骤为：
[0098]
a、定义分析时间，定义质量缩放因子。
[0099]
由于质量缩放因子的选取影响求解精度和计算时间，本发明选用半自动控制缩放因子方法，通过网格质量检查功能，获取网格平均最小稳定时间步长，并以此时间步长，作为质量缩放因子调整目标，达到同时兼顾精度和计算成本的目的。
[0100]
b、根据推力杆总成各个部件之间的接触关系，使用动力学显式通用接触对方法建立各部件的接触交互关系；其中球铰上端盖43上表面与所述卡簧挡圈3下底面建立过盈接触对，用以模拟预压装配状态下的球铰橡胶42，并根据设计预压量进行过盈设置，设置过盈量和过盈幅值曲线，本实施例设置的过盈量和过盈幅值曲线同步骤s4；
[0101]
c、赋予单元类型：本实施例球头12和球铰球销41采用显式二阶四面体修正单元类型，球铰橡胶42、球铰上下端盖、卡簧挡圈3和杆体1采用显式一阶六面体单元类型。
[0102]
d、创建计算分析步:
[0103]
分析步1：根据步骤2的过盈设置模拟预压装配状态，并建立临时约束边界条件，本实施例的临时约束边界条件为：约束两端的球头12上下端面的3个平动自由度；计算得到预压装配状态下球铰橡胶42的压缩反弹力；
[0104]
分析步2：释放临时边界条件，在两端的球头12的中心点定义固定约束条件，本实施例的固定约束条件为约束两端的球头12的中心点6个自由度，使用压缩反弹力计算推力杆总成的初始应力分布；
[0105]
s9、评价极限工况性能：使用步骤s8的预压装配状态下的动力学模型计算后评价所述推力杆总成的极限工况性能，所述极限工况性能包括强度性能、杆体1屈曲性能、卡簧挡圈3锁止性能，若所述强度性能、杆体1屈曲性能、卡簧挡圈3锁止性能中任意一个性能不合格，则为不合格，返回步骤s1；若强度性能、杆体1屈曲性能、卡簧挡圈3锁止性能均合格，则为合格；
[0106]
本实施例的具体的判断方法为：
[0107]
强度性能：将计算得到的等效塑性应变与对应的设计要求对比，本实施例的设计要求的等效塑性应变为0.5％，若等效塑性应变小于设计要求，则合格，若等效塑性应变大于设计要求，则不合格，返回步骤s1；
[0108]
杆体1屈曲性能：将计算得到的杆体1屈曲极限临界载荷与对应的设计要求对比，本实施例设计要求的杆体1屈曲极限临界载荷为250kn；若杆体1屈曲极限临界载荷大于设计要求，则合格，若杆体1屈曲极限临界载荷小于设计要求，则不合格，返回步骤s1；
[0109]
卡簧挡圈3锁止性能：将计算得到卡簧挡圈3上表面与卡簧安装槽13接触处的等效塑性应变、卡簧挡圈3翘曲位移与对应的卡簧挡圈3锁止性能标准对比，本实施例的卡簧挡圈3锁止性能标准为卡簧挡圈3上表面与卡簧安装槽13接触处的等效塑性应变＜材料延伸率、且卡簧挡圈3翘曲位移＜2.5mm；，若满足卡簧挡圈3锁止性能标准，则合格；若否则不合格，返回步骤s1。
[0110]
本发明的发明人发现卡簧挡圈3弹出的主要失效机理为所述卡簧安装槽13在受力作用下，卡簧挡圈3上表面与卡簧安装槽13接触处区域发生塑性变形，卡簧安装槽13的高度变高，导致卡簧挡圈3与球铰组件4接触位置发生改变，卡簧挡圈3出现翘曲现象，从而增大了卡簧弹出风险。因此，本发明经过经验总结确定了卡簧挡圈3锁止性能标准：在极限工况条件下，本实施例为
±
250kn加载，卡簧挡圈3上表面与卡簧安装槽13接触处的等效塑性应
变＜材料延伸率、且卡簧挡圈3翘曲位移h＜2.5mm。如图所示分别为合格件和不合格件的翘曲位移云图和等效塑性应变云图。
[0111]
利用上述基于cae的对铝合金推力杆总成的轻量化设计评价方法对于轻量化设计后的铝合金推力杆总成进行评价，直到各个评价指标均符合设计要求。
[0112]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。