CAE在汽車制動器罩殼設計中的應用

顏京才，張化朝，李國鵬

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

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CAE在汽車制動器罩殼設計中的應用

顏京才，張化朝，李國鵬

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

摘 要：汽車制動器罩殼設計狀態的模態往往要求第一階高于60HZ，否則容易與系統及外界激勵發生共振現象。現以某車型前制動器罩殼為例進行模態分析及形貌優化[1]-[2]，提高罩殼的第一階頻率。

關鍵詞：制動器罩殼；模態分析；形貌優化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.026

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-124-02

前言

隨著世界經濟的發展，市場競爭的不斷加劇 ,CAE技術在提高產品性能和質量過程中的重要作用越來越被人們所認識 。通過先進的CAE技術，可以幫助工程設計人員在產品設計定型或生產之前預測、仿真和提高產品的性能質量，降低設計成本，節約資金，縮短產品投放市場的時間，提高競爭能力[3]，本文根據某車型多臺試驗車前制動器罩殼斷裂實例（如圖1），借助CAE仿真手段，對汽車制動器罩殼進行優化，提高罩殼一階模態并減小應力。

圖1 某車型制動器罩殼斷裂照片

1、仿真模型建立

使用有限元處理軟件HyperMesh建立制動器罩殼有限元模型，使用Abaqus軟件進行分析。建立罩殼有限元模型，約束罩殼實際安裝面的六個自由度，進行約束模態分析，提取前20階模態頻率。

表1 制動器罩殼的材料屬性

圖2 制動器罩殼數模和有限元模型

制動器罩殼仿真模型如圖2所示，制動器罩殼材質為常用的Q195，其材料屬性如表1所示。

制動器罩殼的CAE分析結果如圖3所示。

圖3 制動器罩殼一階應力及前20階模態分析結果

其應力云圖如圖4所示，制動器罩殼結構存在設計缺陷，斷裂就發生在壓力集中位置。

圖4 制動器罩殼應力云圖

從分析結果中可以看出制動器罩殼第1階模態為41HZ，容易與地面或發動機激勵發生共振，且第1階模態最大應力位于安裝孔附近，與實件斷裂位置一致，車輛行駛一段時間后，制動器罩殼從安裝孔位置產生疲勞斷裂，從而發生異響，造成顧客抱怨。尤其是在路況較差的非鋪裝路面行駛幾萬公里后，此問題更易發生。

2、制動器罩殼結構優化

圖5

圖6 制動器罩殼優化前后對比示意圖

通過以上分析可以確定罩殼斷裂的主要原因是罩殼模態頻率偏低且模態應力過大，需進行結構優化。通過分析結果可以看出罩殼沖壓孔及凸起平臺部位應力較大，為提高其剛度對原罩殼數模增加加強筋、罩殼邊緣翻邊、填補減重孔。然后利用形貌優化技術，對局部區域進行形貌優化，設計沖壓形貌優化變量，進行結構優化設計，提高一階模態頻率。這里對加強筋進行控制，設置筋下部最小寬度8mm、拉伸角度60°、拉伸高度8mm（如右圖）[4]，優化結果顯示罩殼固有頻率提高到了99HZ，比優化前提高58HZ，同時振動應力降低到了95MPa，比優化前降低57 MPa，優化效果明顯。罩殼結構優化前后數模如圖6所示。

罩殼優化前后應力分析結果如圖7所示：

圖7 制動器罩殼優化前后應力分析對比

罩殼優化前后模態分析結果如圖8所示(前五階)：

圖8 制動器罩殼優化前后模態分析對比

3、結論

通過對優化前后制動器罩殼CAE分析：優化前最大應力152MPa，接近材料(Q195)的屈服強度（195MPa），長時間行車易造成疲勞斷裂。優化后最大應力95MPa，比優化前減小57MPa，降幅達37.5%；一階模態由優化前41HZ提高到了99HZ，增幅達141%，優化效果明顯。經實車驗證，優化后的制動器罩殼經過五萬公里顛簸路試驗，無變形、斷裂等情況發生，達到設計要求。

4、小結

運用CAE模態仿真分析方法，發現制動器罩殼薄弱位置，通過分析薄弱位置的形狀，做出增加強度的方案，從而提高一階模態，降低應力。從設計階段發現制動器罩殼結構缺點并進行優化，使制動器罩殼達到使用要求。

參考文獻

[1] 姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通大學出版社,2008.

[2] 李國豪,石洞.公路橋梁荷載橫向分布計算[M].北京:人民交通大學出版社,1984.

[3] 秦瑞芬.CAE技術在工程技術中的應用[J].直升機技術 ,2000,(3). [4] 康少峰,郝君起.制動器罩殼的結構優化研究[J].科技信息,2014,(6).

CAE application for vehicle dust cover design

Yan Jingcai, Zhang Huazhao, Li Guopeng
（R&D Center of Great Wall Motor Company., Automotive Engineering Technical Center of HeBei, HeBe baoding 071000）

Abstract:At dust cover’s first order modal shall above 60HZ under design phase, otherwise it will be easily cause resonance with other parts. Here is an example: we will do modal analysis and shape optimization, increase front brake dust cover’s first order frequency for a certain vehicle.

Keywords:brake dust cover; modal analysis; shape optimization

作者簡介：顏京才，就職于長城汽車股份有限公司底盤研究院，學士學位，助理工程師，汽車制動系統設計。

中圖分類號：U463.5

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-124-02