1. 概述

球头销总成是汽车转向系统和悬挂系统的一个重要部 件 ，装在转向拉杆或控制臂上 ，与转向和悬挂部件连接 。它主要由球座、卡箍、防尘罩、压板和球销组成，其中最关键的零件为防尘罩，其性能影响到车辆的安全性和操纵性。防尘罩材料为橡胶，在使用过程中会发生很大的弹性变形。用一般的二维 、三维CAD辅助设计无法确定防尘罩的运动规律和形状，因而无法判断防尘罩在工作过程中是否有干涉；长期以来都是通过试制样品后做台架试验或路试来验证设计,但存在产品试制开发周期长，成本高等问题。

图1 防尘罩总成结构示意图

针对上述问题，汽车零部件公司通常采用非线性强大的ABAQUS软件，对汽车防尘罩进行有限元分析，用以验证产品是否满足要求。

2．ABAQUS仿真解决方案

防尘罩属于橡胶材料，在CAE分析中是一个很大的难点，涉及很强的非线性，包括几何非线性、材料非线性和接触非线性。

2.1 ABAQUS拥有丰富的橡胶材料本构模型

　　● 多项式形式本构模型

　　● Neo-Hookean模型

　　● Ogden模型

　　● Yeoh应变能函数

　　● Vander Waals模型和Arruda-Boyce模型

图2  ABAQUS橡胶材料本构模型

2.2 ABAQUS橡胶材料本构模型评估

在ABAQUS中可以选择多种材料本构模型进行拟合，根据拟合曲线与实验曲线的对比结果以及材料的稳定性，选择最合适的材料本构模型。

图3 橡胶材料评估与拟合

图4 橡胶材料拟合和材料稳定性

2.3 ABAQUS强大的接触功能定

针对零件之间复杂的接触关系，ABAQUS提供了强大的接触功能，包括：

　　● 通用接触

　　● 接触对

　　● 自接触

图5  接触定义

2.4 ABAQUS考虑大变形对结果的影响

针对橡胶大变形分析，ABAQUS可以考虑几何非线性对结果的影响。

图6 考虑几何非线性

2.5 ABAQUS多种边界条件和载荷定义

图7 边界条件和载荷定义

3. ABAQUS仿真效果

　　某汽车零部件公司利用ABAQUS对防尘罩产品进行了有限元分析，图8为其仿真结果。该公司借助ABAQUS仿真不仅提升了产品质量，而且大大缩短了研发周期，研发周期从一年半缩短到三个月。

图 8  ABAQUS仿真计算结果

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