开发高品质螺栓接头是汽车底盘设计的必备内容。虽然相对于连接件（如将副车架与转向节臂相连的趾型连接臂）设计而言有些鲜为人知，但牢固稳健的接头对改善汽车的操作性能和延长汽车的寿命均具有关键性的意义。松动的接头往往会使质量问题加剧，比如错位，最终损害接头件的耐用性。设计良好的接头会有更高的效率，能够使用尺寸更小的紧固件支撑更大的载荷，且不会发生松动。

分析锥形接头的性能

螺栓接头是轿车悬架部分最常用的接合方式。在此应用中，锥形接头通过悬臂式连接的方式将趾型连接臂与后转向节臂接合。锥形接头的两个配合件，即轴衬内套和转向节臂，各自对锥角有独特的制造公差要求。

为在钢轴衬内套和铝转向节臂之间开发一种牢固可靠的锥形接头，对下列几个方面进行了思考：

? 每个组件的制造公差；

? 圆锥体和底座之间的接触面积；

? 锥角；

? 工作载荷移除后的转矩损失。

为完成设计的虚拟测试，汽车制造商的工程师借助在3DS CATIA中所创模型的几何构造和材料属性，使用AFC为转向节臂和轴衬内套建立有限元模型。由于AFC可保持与3DS CATIA模型的关联，因此当CAD模型在可用的设计参数范围内变化时可确保Abaqus模型能够得到可靠的更新。

在物理装配流程中，将一个锻钢的内锥嵌入铝制转向节臂的底座中。由于这两种部件采用的制造流程不同，因此圆锥设计的角公差在内套和转向节臂的接触面上存在差异。

为实现稳健可靠的接触分析乃至接触压力分布分析，构建的轴衬网格与转向节臂座的网格一致。为便于接触面的网格一致，专门创建了单独的转向节臂座“域”（见图2的蓝绿色部分）以简化网格划分。这部分用Abaqus提供的tied接触形式与转向节臂体的其余部分相连。

为仿真螺栓装配过程，在轴衬和转向节臂接头座之间创建了一个虚拟螺栓。外部工作载荷作用在轴衬中心上。为便于开展非线性分析，将铝和钢的非线性应力—应变曲线导入AFC。接触对和螺栓预紧力均在AFC内创建。使用AFC进行后处理即可输出接触面积（CAREA）和接触力（CFNM）。最后，输出Abaqus分析文件并提交给高性能计算（HPC）集群，运行分析。

管理DOE流程

由于汽车制造商需要评估使用不同参数组合的大量设计，这就促使工程师开发自动化DOE流程。在这个流程中，CAD几何构造的更新和FEA模型的更新均在同一环路中完成，故可实现完全自动化的DOE方法。

汽车制造商的3DS CATIA启动是采用外部产品管理系统进行定制。在初始化3DS CATIA界面之前，需编写脚本除去产品管理系统的链接。然后使用外部Excel文件将设计参数馈入3DS CATIA，这是3DS CATIA中更新设计表的常用方法。来自Excel文件的输入参数被映射到Isight Manager的DOE任务上。这样每个环路Excel表都能够自动更新。由于Excel与设计表同步，因此3DS CATIA中的CAD几何构造也就能自动更新。在AFC中，由于几何构造和FE网格彼此关联，故生成的网格也会随CAD数据的变化而更新。

Isight环路内Abaqus组件的作用是在每次DOE运行时提取CAREA和CFNM等输出（见图3）。来自Excel文件的输入参数随后会映射到这些输出参数上，用于创建Isight近似模型。

在Isight的帮助下，通过使用AFC并创建集成式闭环DOE流程，汽车制造商得以交付牢固可靠的锥形接头设计。该接头接触面良好，在去除载荷后能保持夹持载荷，且制造公差也不会超出规格要求。