基于ABAQUS的發動機懸置支架有限元分析

張 波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于ABAQUS的發動機懸置支架有限元分析

張 波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

發動機懸置支架受力比較復雜，需要根據整車的試驗工況決定，一般受力較大，容易發生斷裂問題，且懸置支架的剛度如果過低，也會導致車內的噪聲過大，影響車輛的 NVH性能，文章基于有限元的方法，對發動機懸置支架進行模態以及強度疲勞分析，預測支架的NVH性能以及強度性能。

懸置支架；有限元方法；模態；強度；疲勞

前言

發動機懸置支架時發動機的關鍵部件，受到的載荷比較復雜，一般為螺栓預緊力以及動力總成在不同車輛行駛工況下的加速度，由于動力總成質量很大，因此支架受到的作用力也較大，而且發動機產生的振動會通過懸置支架傳遞到車身，如果懸置支架的剛度過低，就會在一定的頻率范圍內發生共振，加劇車內的噪聲，影響整車的 NVH性能。本文采用有限元的方法，對某發動機的懸置支架進行模態及強度疲勞分析，預測支架的剛度以及強度性能，并針對分析結果進行優化，提升NVH性能以及強度性能。

1 有限元模型

圖1 有限元分析模型

有限元模型主要包括發動機機體、懸置支架、整車支架以及支架螺栓。懸置支架與缸體支架通過螺栓固定，通過整車的小支架與車身連接，由于整車布置的原因，固定點與缸體支架距離較遠，導致懸置支架的懸臂較長，對懸置支架的剛度以及強度均產生不利影響。有限元模型如圖1所示。主要部件的材料名稱及參數如表1所示。

表1 材料關鍵屬性

2 載荷

載荷主要包括支架螺栓預緊力以及整車在通過不同路況時產生的加速度，后者比較復雜，可根據設計經驗工況進行動力學分析，得到不同工況懸置支架的受力情況，具體受力信息如表2所示。

表2 懸置支架受力情況

3 分析結果

圖2 一階模態振型

經過模態分析，整體模型的一階模態頻率以及振型如圖2所示，可以看出，系統的一階模態頻率為 218Hz，頻率過低，一般要求要高于300Hz以上，剛度過低會導致車內噪聲水平較高。

經過強度分析，發現在第21個工況，即5g下+3g右時，支架的應力最大，應力分布如圖3所示，支架的最大應力為750MPa，遠遠高于支架材料的抗拉強度450MPa，存在斷裂的風險。支架的疲勞安全系數分布如圖4所示，在圈出的區域均存在疲勞斷裂的風險。

圖3 應力分布

圖4 疲勞安全系數分布

4 優化結果

根據以上的分析發現支架的剛度以及強度均較弱，不能滿足設計要求，主要原因為懸置支架的懸臂部位剛度過低，導致系統的模態以及強度較弱，針對此問題對支架進行優化，優化后模型如圖5所示。

圖5 優化后支架模型

對優化后模型重新進行分析，發現系統的一階模態提升到 398Hz，有較大的提升，支架最大應力為 320MPa，最小安全系數為1.27，優化后模型均能滿足要求。

圖6 優化后模型一階振型

圖9為車內噪聲的測試結果，可以發現，優化后的支架車內最大噪聲從91dB降低到70dB，提升明顯。

圖7 優化后支架應力分布

圖8 優化后支架疲勞安全系數分布

5 結論

通過有限元模擬方法對懸置支架進行優化，優化后的支架不僅提升了剛度，而且在強度疲勞特性也有較大的提升，從測試結果看出NVH性能提升較明顯。

圖9 噪聲測試結果

[1] 李紅慶.某型汽車發動機發電機支架的強度分析[D].Abaqus 2004年度用戶大會論文集.

[2] 楊萬里,鄧曉龍,劉國慶.發動機支架安全凸臺故障診斷分析[D].Abaqus 2005年度用戶大會論文集.

[3] 朱孟華.內燃機振動與噪聲控制[M].本經:國防工業出版社,1995.

The Finite Element Analysis of Mounting Bracket Based on ABAQUS Software

Zhang Bo
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Technology Center, Anhui Hefei 230601）

The force of Engine mounting bracket is more complex. It is decided by the working conditions of the vehicle.Generally the force is very larger. It is inclinable to fracture. And if the stiffness of the mounting bracket is too low. It will cause the noise inside the car is large, affecting the NVH performance of vehicle. This paper is based on the finite element method. The modal analysis and stress analysis of the engine mounting bracket are performed. It can predict the NVH performance and strength performance.

mounting bracket; finite element method; modal; stress; fatigue

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-222-03

U467.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)12-222-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.073

張波，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。