李苗，李世云，崔丹丹，董瑞君，唐磊

（1.新疆交通職業(yè)技術(shù)學院，新疆 烏魯木齊 831400；2.新疆交通職業(yè)技術(shù)學院，新疆 烏魯木齊 831400；3.重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120）

關(guān)鍵字：懸置支架；CAE；優(yōu)化

前言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，目前的設(shè)計手段已經(jīng)不僅僅局限于使用傳統(tǒng)的設(shè)計實驗驗證的方式，而是采用設(shè)計、仿真、試驗驗證相結(jié)合的方式。這樣可以大大節(jié)省研發(fā)時間，提高效率。

汽車動力總成懸置支架是連接發(fā)動機和車身（或車架、副車架）的零件，是動力總成懸置系統(tǒng)的安全件和功能件，具有重要的隔振作用[1]。因此，在前期的設(shè)計階段需要考察懸置支架的模態(tài)，使得其一階模態(tài)規(guī)避開發(fā)動機的激振頻率，避免共振和車內(nèi)噪聲的產(chǎn)生[2]。

本文通過研究某輕型車的變速器后懸置支架模態(tài)，來達到利用CAE手段進行設(shè)計優(yōu)化的目的，使得在設(shè)計階段可以獲得一個最優(yōu)的結(jié)構(gòu)[3]。

1 仿真模型搭建

此變速器后懸置支架是一個鑄件結(jié)構(gòu)，因此，采用的是四面體劃分方式。平均單元尺寸為2mm×2mm，單元總數(shù)為186359個，節(jié)點總數(shù)為41345個。在支架與變速箱的連接點處進行固定約束，考察其約束模態(tài)。所建立的有限元模型如圖1所示。

圖1 變速箱后懸置支架有限元模型

2 分析結(jié)果

懸置支架的模態(tài)目標要求為[4]：

試中：f為懸置支架的一階模態(tài)；ε為避頻系數(shù)；nmax為發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速；z為發(fā)動機缸數(shù)。

此次設(shè)計車型使用的是三缸的發(fā)動機，額定轉(zhuǎn)速為6000r/min。因此，需要設(shè)計的支架一階模態(tài)大于420Hz。

通過仿真運算，獲得結(jié)果如下圖所示：

圖2 后懸置支架一階模態(tài)（418.4Hz）

根據(jù)計算結(jié)果，此變速箱后懸置支架模態(tài)為 418.4Hz，小于目標值，因此，需要對此懸置支架的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

3 優(yōu)化設(shè)計

在進行優(yōu)化設(shè)計時要進行多方面的考量，不僅要做到幾何結(jié)構(gòu)與周圍零件不干涉，安裝便利，而且要達到模態(tài)提升的最終目的。在此次優(yōu)化過程中最初做出了兩種方案，如下表1所示。

表1 方案示意

圖3 優(yōu)化位置示意圖

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計原則，由于方案二的填充位置會與周圍部件產(chǎn)生干涉，因此，初步選定方案一進行優(yōu)化設(shè)計，建立新的數(shù)模并劃分出有限元模型如下圖所示。

圖4 優(yōu)化后懸置支架有限元模型

同樣，在變速箱與支架連接位置進行約束，再次進行仿真計算，獲得計算結(jié)果如下圖所示：

圖5 后懸置支架一階模態(tài)（550.8Hz）

由上圖可知，計算結(jié)果為550.8Hz，大于目標值420Hz，達到了優(yōu)化設(shè)計的目的，完成了優(yōu)化設(shè)計方案。并且，優(yōu)化后的懸置支架結(jié)構(gòu)經(jīng)過后期的實驗路試后沒有出現(xiàn)異響、共振等NVH問題。

4 結(jié)論

此次設(shè)計的懸置支架在前期設(shè)計階段通過CAE分析，發(fā)現(xiàn)了一些潛在的問題，并且在問題位置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得了最優(yōu)設(shè)計結(jié)構(gòu)，達到了性能提升的效果。

因此，通過CAE仿真分析，可以在前期設(shè)計階段對產(chǎn)品進行很好的把控，規(guī)避掉一些潛在的風險，不僅開發(fā)便利，而且為產(chǎn)品的開發(fā)大大節(jié)省時間，節(jié)約成本。