陳太榮　尤國貴　李瞳　嚴(yán)磊

摘 要：利用Hypermesh生成發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置上支架的柔性體文件，在ADAMS中建立發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置的剛?cè)狁詈系亩囿w動(dòng)力學(xué)模型，并輸出載荷。運(yùn)用慣性釋放法分別研究了在垂直沖擊、轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)、倒車四種工況下前懸置上支架的強(qiáng)度，驗(yàn)證前懸置支架是否滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求以及方案的可行性，對新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)度分析;慣性釋放法;前懸置支架

中圖分類號(hào)：U464? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）03-96-04

引言

在汽車的研發(fā)過程中，汽車的噪聲與振動(dòng)控制是必須考慮的重要問題之一。發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置系統(tǒng)作為隔離動(dòng)力總成振動(dòng)與噪聲的關(guān)鍵部件，其隔振性能的優(yōu)劣對整車的性能有重要影響[1]。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置支架的強(qiáng)度不能滿足要求，整個(gè)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振性能會(huì)大大降低，會(huì)造成巨大的安全隱患[2]。故在對懸置支架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對懸置支架在多種工況下進(jìn)行強(qiáng)度分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。利用CAE對懸置支架進(jìn)行強(qiáng)度校核可減少試驗(yàn)次數(shù)、提升產(chǎn)品的開發(fā)效率、提高設(shè)計(jì)的目的性、縮短開發(fā)周期。

慣性釋放是求解在平衡外力的作用下，如在行駛中的汽車，把外力考慮進(jìn)去之后，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到力平衡。是無約束或者約束不足的結(jié)構(gòu)動(dòng)力與靜力響應(yīng)的一種處理方法。慣性釋放法可以模擬非約束系統(tǒng)的靜態(tài)響應(yīng)。由于任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)都可簡化成邊界處有作用力的幾個(gè)非約束子結(jié)構(gòu)，使得慣性釋放有廣泛的應(yīng)用空間。

1 有限元模型的建立

1.1 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)三維模型

圖1中所標(biāo)識(shí)的部件是發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置上支架，前懸置軟墊總成中的橡膠有效的隔離發(fā)動(dòng)機(jī)向車架傳遞振動(dòng)。懸置支架的功能是支撐發(fā)動(dòng)機(jī)，其強(qiáng)度的好壞對整個(gè)懸置系統(tǒng)的性能有直接的影響[3]。

1.2 網(wǎng)格劃分

將前懸置上支架的CATIA模型文件導(dǎo)入到ANSA中，對重點(diǎn)關(guān)注的發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置上支架采用二階高精度四面體C3D10M單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格單元尺寸定為3mm。

1.3 材料定義

前懸置左右上支架的材料為QT500，密度為7.0E-09g/ mm3，彈性模量為1.62e5Mpa。QT500材料的抗拉強(qiáng)度為500Mpa。

2 剛?cè)狁詈系亩囿w動(dòng)力學(xué)模型的創(chuàng)建

為了盡可能準(zhǔn)確的模擬發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置上支架的受力情況[4]，且方便多體載荷的提取，本文利用Hypermesh生成發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置左右兩側(cè)上支架的柔性體文件。同時(shí)為了使輸出的MNF文件盡可能小，防止多體分析中無法導(dǎo)入，在輸出MNF文件時(shí)，僅輸出plot信息。將Hypermesh中生成的MNF文件導(dǎo)入到ADAMS中，確定發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的質(zhì)心位置，通過相應(yīng)的連接副，在外連點(diǎn)處與其他部件相連，并賦予各部件質(zhì)量以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，創(chuàng)建剛?cè)狁詈系亩囿w模型，如圖2所示。

使用RBE2生成連接點(diǎn)，模擬懸置支架的安裝位置。其中發(fā)動(dòng)機(jī)外連點(diǎn)8個(gè)，前懸置軟墊總成外連點(diǎn)2個(gè)。如圖3所示藍(lán)色的為前懸置右上支架，紫色部件為前懸置左上支架。

本文主要研究在垂直沖擊、轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)、倒車四種工況下的前懸置支架是否滿足強(qiáng)度要求，根據(jù)工況進(jìn)行工況定義（如表1），輸出外連點(diǎn)在不同工況下的受力及力矩。

在ADAMS中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真后，即可輸出外連點(diǎn)在不同工況下的受力及力矩[5]。因內(nèi)容過多，本文僅列出在垂直沖擊工況下的力及力矩的輸出結(jié)果，具體見圖4。表2為ADAMS中的節(jié)點(diǎn)與外連點(diǎn)對應(yīng)的代號(hào)。

3 HyperWorks的計(jì)算求解

對于含有機(jī)構(gòu)和缸體位移的汽車模型，用傳統(tǒng)的靜態(tài)強(qiáng)度非線性計(jì)算方法時(shí)間過長，計(jì)算量大。運(yùn)用慣性釋放法可縮短計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間，簡化前處理過程。

3.1 慣性釋放法分析計(jì)算

慣性釋放法是在有剛體位移的物體上添加慣性力，用慣性力來抵抗主抗力，以保證物體處于平衡中，用有限元建立的動(dòng)靜平衡方程為[6]：

對發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置上支架進(jìn)行強(qiáng)度仿真分析，采用Optis -truct求解器，經(jīng)過有限元分析，得到各種載荷工況下前懸置支架的應(yīng)力分布前懸置右側(cè)上支架在不同工況下的應(yīng)力分布如圖5所示。

前懸置左側(cè)上支架在不同工況下的應(yīng)力分布如圖6所示。

計(jì)算結(jié)果如表3所示。

從分析結(jié)果可以看出右側(cè)懸置支架在垂直沖擊工況下的應(yīng)力值最高，為173.8Mpa，左側(cè)上支架在倒車工況下的應(yīng)力值最高[7]，為86.85Mpa。均遠(yuǎn)小于QT500材料的抗拉強(qiáng)度500Mpa，所以發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架的強(qiáng)度滿足工作要求。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用Hypermesh聯(lián)合ADAMS軟件對動(dòng)力總成前懸置支架進(jìn)行了強(qiáng)度分析，介紹了慣性釋放法的分析過程。分析的過程和結(jié)果體現(xiàn)出了慣性釋放法的高效、簡潔。在一定程度上解決了用傳統(tǒng)的靜態(tài)強(qiáng)度非線性計(jì)算方法時(shí)間過長，計(jì)算量大的問題。縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，也可為試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備提供有效的參考[8]。

參考文獻(xiàn)

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