汽车的拖车装置主要用于在车辆出现故障或无法自主行驶时，通过拖拽或牵引的方式将车辆移动到安全地点或维修站。这些装置在紧急情况下尤为关键，能够迅速解决车辆无法行驶的问题，减少安全隐患和损失。
如何提升汽车的拖车装置质量，在事故发生时发挥着重要的作用。ABAQUS仿真软件在汽车拖车装置优化中发挥关键作用，通过建立复杂的模型和进行仿真分析，可以帮助工程师准确预测和评估汽车拖车装置的实用性表现，优化设计方案，提高荷载能力、降低重量、改善耐久性和安全性，从而实现更高效、更可靠的拖车装置设计。
在此之前，长城汽车股份有限公司为了满足出口市场需求，需要需要在车辆后部增加拖车装置。以下是利用非线性分析软件 ABAQUS 对某 SUV 车辆的拖车机构进行了分析，以验证设计的可行性，并根据分析结果对结构进行了优化。
1、有限元分析模型
模型采用 C3D8 和 C3D6 单元，单元尺寸 2mm，材料选用公司 5 号材料，板厚 6mm。
拖车板与横梁，螺栓与拖车板之间建立接触关系，螺栓与螺母采用绑定接触处理，考虑螺栓预紧力和材料非线性作用。建立模型如下图：
2、分析所用数据
设计拖拽能力 m=2300kg，螺栓拧紧力矩 M=90N*m，螺栓直径 d=12mm。
螺栓预紧力计算： M=P*K*d*0.001
式中：M 为拧紧力矩，P 螺栓预紧力，K 为拧紧扭矩系数 0.284，d 为螺栓直径
由以上公式可以计算得到螺栓的预紧力 P 为 26400N；
对拖车装置：拖车拉动力选取在坡度为12%(6.84)的坡道上加速启动时拉动拖车时所需要的力。
拖车拖动力计算： F=F1+F2+F3
F1=f·G cosα F2=G·sinα F3=G·a G=mg
a
式中：F为拖动力，F1为坡道滚动阻力，F2为重力在坡度方向的分力，F3为加速惯性力，G为拖车重力，m为拖车质量，f为滚动阻力系数0.018，α为坡度角 6.84，g为重力加速度，a为启动时车辆加速度0.2 g 。
由以上公式可以计算得到拖动力 F 为 7700N；材料曲线：选用公司 5 号材料，如下图
分析设置 2 个 step，第一个 step 用于计算螺栓预紧力对拖车横梁的作用；第二个 step 用于计算拖动力对拖 车装置的作用。约束拖车纵梁，在螺栓和拖车孔施加预紧力和拖动力，载荷作用结束后，拖车装置不允许出现塑性变形。
3、分析结果
拖车装置应力云图：
上述两种情况最大应力为 437MPa，出现在螺栓法兰面根部，其余结构件应力较小，均远低于各自材料的屈 服点，我们认为，此设计完全可以满足拖车要求。
拖车装置优化分析：
从以上分析结果可以看出，结合设计所选取的材料，可以进行进一步的优化分析，以便在满足拖车要求的前提下，使得结构的重量能够降低。
优化分析采用Optistruct 求解器，设定最大应力不超过 350MPa 为约束，结构形状为变量，质量为目标，在同等分析条件下获得的优化结构如下图：
优化后结构最大应力为 346MPa，重量降低 53%，满足设定要求。
结论
利用ABAQUS强大的接触非线性分析和Optistruct优化功能，对拖车装置在设计初期进行有限元分析和优化，验证设计的可行性，同时在满足拖车要求的前提下，对结构进行优化、减重，为性能设计提供数据支持。
参考文献
[1] 石亦平，周玉蓉著 . ABAQUS 有限元分析实例详解 北京：机械工业出版社， 2006
[2] 曹金凤，石亦平著 . ABAQUS 有限元分析常见问题解答 北京：机械工业出版社， 2009
[3] HyperWorks OptiStruct Tutorials. Altair Inc. 2006
