負載類支架優化設計方法

時 辰

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

負載類支架優化設計方法

時 辰

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

∶某輕型卡車在可靠性試驗驗證時，冷凝器支架發生斷裂。文章通過對比分析，提出整改方案，強度分析等手段，解決支架斷裂問題。從而找到了一種優化方法，為負載類支架設計優化提供了思路。

∶冷凝器支架；強度分析；最大應力；支架斷裂

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.026

CLC NO.: U463.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-71-03

前言

負載類支架是指負擔承載的起支撐作用的構架。它在汽車工業領域被廣泛應用，通常用于蓄電池、油箱等零部件的支撐與固定?？ㄜ囃趷毫拥沫h境中運行，這對負載類支架可靠性帶來嚴峻的考驗，無論試驗驗證過程中或是市場反饋，支架斷裂問題層出不窮，負載類支架的可靠性一直是衡量支架質量的重要指標。

隨著汽車工業發展，道路試驗條件要求日益苛刻，這對支架可靠性的要求越來越高，給負載類支架強度帶來很大挑戰。同時，支架設計要求輕量化來減少成本浪費，這些都給支架設計帶來更高要求。

下面通過某輕型卡車冷凝器支架優化案例，淺析負載類支架的優化方法。

1、負載類支架設計優化例舉

1.1支架斷裂案例

某輕型卡車冷凝器支架在可靠性試驗驗證時發生斷裂現象（冷凝器支架斷裂如圖1所示）。該支架材料為Q235A，冷凝器重量約為5kg，布置位置為輕型卡車縱梁外側。

圖1　冷凝器支架斷裂圖

1.2分析方法及改進方案

針對斷裂問題，我們分下面幾步進行分析改進：①將斷裂支架與類似成熟車型支架進行對比分析，找出不足；②對斷裂支架用軟件（ANSA、NASTRAN、HYPERVIEW等軟件）進行強度分析，找出支架薄弱點；③提出改進措施，將整改方案進行強度分析，找出最優方案驗證其可靠性。

圖2　冷凝器支架布置圖

1.2.1與成熟車型支架進行對比

圖3　支架對比圖

支架斷裂處位于支架與車架的連接面，初步分析，該連接面處支架強度不足是斷裂的主要原因。

1.2.2用軟件進行強度分析

根據冷凝器數模建立有限元分析模型。鈑金件采用SHELL單元離散，粘膠采用SOLID單元模擬，縫焊采用RBE2單元模擬，點焊采用CWELD單元模擬。約束支架與車架的連接面上螺栓孔位的所有自由度，在冷凝器質心上，用一質量單元模型冷凝器，用剛性單元連接冷凝器的四個安裝孔，有限元模型見圖4。考察在六種工況下的應力水平，見表1。

圖4　有限元模型

表1　分析工況

分析結果如下：

圖5　X向4.4G加速度工況應力云圖結果對比圖

圖6　Y向4.4G加速度工況應力云圖結果對比圖

圖7　Z向4.4G加速度工況應力云圖結果對比圖

分析結果：由分析可看出，X向4.4G加速度工況下支架應力最大，且斷裂位置與此工況下應力分布十分吻合，此時支架在斷裂位置的最大應力為136MPa，而成熟車支架在同種工況下的最大應力僅為82.9MPa。

其中，支架所用材料為Q235A，材料的抗拉強度為235MPa，校核支架的屈服極限為235MPa×0.45=105.8MPa（選取校核強度的安全系數為0.45）。

因此可得知，問題支架不滿足強度校核要求，而成熟支架滿足要求。

1.2.3提出改進措施并分析驗證

下面從3個方面改進結構，以考察結構強度改善效果。

①將斷裂處連接面加長15mm，與成熟車長度一致

圖8

結論：此支架最大應力為112MPa，不能滿足強度要求。

②改變中間支架厚度，由原結構3mm改為4mm

圖9

結論：此支架最大應力為130MPa，不能滿足強度要求。

③在斷裂處連接面增加厚度為2mm的加強板

圖10

結論：此支架最大應力為80MPa，滿足強度要求。

1.3整改結論

三種修改方案均可以降低斷裂處的最大應力值，第三種方案效果最好，改進后的結果接近成熟車支架結構強度水平。后期進行實車試驗驗證，驗證結果無斷裂情況發生。

2、總結

針對某輕型卡車冷凝器支架斷裂問題及優化方案案例，針對問題提出了三種優化方案：增大斷裂面、強化加強板、斷裂面增加襯板。通過軟件強度分析、道路試驗雙重驗證，最終得出，通過增加襯板的方案效果最佳，且此方案易實現，成本變動最小，為后期負載類支架優化設計提供了一定的參考。

[1] 劉占峰,宋力,趙丹平.汽車空調[M].北京大學出版社,2011.

[2] 劉鴻文.材料力學[M].高等教育出版社,2012.

[3] 賀李平,龍凱.Ansys13.0與HyperMesh11.0聯合仿真有限元分析[M].機械工業出版社,2012.

Optimization design method of load type bracket

Shi Chen
(Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601)

The condenser bracket breaks when the light truck in the process of reliability test. In this article, we solve this case by means of comparative analysis, proposing modified solutions and strength analysis.Finally, we find a optimized way, providing a idea for us, to solve this case.

Condenser bracket; Strength analysis; Maximum stress; Bracket fracture

∶U463.1

∶A

∶1671-7988 (2016)09-71-03

時辰（1990-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事電器其設計。