某重型商用車排氣后處理器支架優化設計

【摘 ?要】在重型商用汽車的零部件設計開發過程中，零部件的結構和布置會影響其性能的穩定性和整車的產品可靠性，合理的產品結構可以提高車輛的整體質量，減少客戶的損失。本文通過對失效的零部件產品進行分析，結合相關的CAE分析理論和知識，對零部件的結構進行優化設計，從而達到提高產品性能的目的。

【關鍵詞】重型商用汽車;零部件;結構;CAE;失效

近年以來，隨著重型商用車的逐步發展，消費者對其相關的性能要求也越來越高，節油環保、輕量化、高可靠性和高顏值等逐漸成為用戶看中的選擇點。因此，如何保證產品的高可靠性，成為商用車整車廠必須要重點研究的方向。本文通過對以往的零部件失效案例進行分析，運用CAE分析等手段，對其進行優化，通過相關的試驗手段，對零部件進行檢驗驗證，以保證零部件的高可靠性。

一、問題描述

某商用車后處理器的支架在可靠性壞路試驗驗證時出現斷裂（如圖1）的現象。經過對斷裂實物進行結構分析;零部件在開裂的部位存在結構不合理和制造加工不合理等問題。在應力集中的部位，制造加工時未按要求倒圓角，同時應力集中的部位過于靠近加工倒圓角的位置和焊縫結束點，當加工和焊接有缺陷時，極易造成斷裂，影響車輛的可靠性。

二、整改分析

通過對失效斷裂的支架實物進行核查和CAE分析，支架斷裂的位置為CAE分析的最大受力點（見圖2）。根據《汽車零部件振動試驗方法》，在7G最大加速度的CAE分析條件下，最大受力位置的應力值卻可以滿足最大的應力要求。在此情況下，分析時不可只單看最大受力值是否滿足要求，此時實物的加工狀態和焊縫結束點的位置應成為最主要的考量點。

綜合以上分析可知：1、最大應力點需要分布在規則的區域，不可分布于加工倒圓角區域;2、焊縫結束點的位置不可位于支架失效斷裂的位置和最大應力點的位置。

三、優化設計

對該支架的長方形搭接板子零件進行優化，改為折彎板（見圖3），此時焊縫結束點的位置已經不再是倒圓角的位置、上次的斷裂位置及最大應力點位置。同時進行有限元CAE分析，檢驗最大應力點是否在規則的區域范圍（見圖4）：

通過CAE分析可知：在更改了焊縫位置和將搭接板改為折彎板之后：1、最大應力點的位置已經分布在規則的區域;2、焊縫結束點的位置已經不位于支架失效斷裂的位置和最大應力點的位置。最大應力值也滿足要求，此時CAE分析的結論滿足整改要求。

四、試驗驗證

在CAE分析滿足整改要求后，需對改進的支架進行臺架試驗，參照Q/LQB C-93-2011《汽車零部件振動試驗方法》：

振動的加速度和試驗的時間要求：1、加速度：上下方向按±70m/s2，前后、左右方向按±45m/s2;振動時間：上下方向4小時;前后和左右方向各2小時。

2、共振點檢測及試驗：按裝車要求安裝好試驗樣件，然后進行共振點檢測，如有共振則在共振點頻率進行振動試驗;

3、無共振點試驗：如無共振點振動頻率按33Hz進行振動試驗。

在經過臺架試驗之后，該改進的支架無明顯裂痕和變形等現象。臺架試驗滿足零部件振動試驗要求。

改進的支架需在相關車型上小批裝車驗證：將該支架在50臺相關車型上裝車使用，運行使用一年，無明顯售后斷裂的反饋。至此可知，支架可以滿足高可靠性的要求。

五、結束語

本文通過對失效的零部件進行實物分析，最后發現支架的結構不合理、焊縫不合理和制造加工不合理是導致支架斷裂失效的直接原因，找出了問題所在。并通過CAE分析手段，得出如何改進支架和支架改進后是否滿足改進的要求。再通過相關的試驗手段驗證改進后的支架，得出設計一個高可靠性零部件的相關方法和驗證方法，具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]曾攀。有限元分析及應用[M].北京：清華大學出版社，2004;

[2] Q/LQB C-93-2011《汽車零部件振動試驗方法》;

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.

作者簡介：

姜育開（1987-），男，廣西貴港人，助理工程師，本科，研究方向：商用車排氣系統。

（作者單位：東風柳州汽車有限公司）