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    發(fā)動(dòng)機(jī)前安裝支架強(qiáng)度分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)

    發(fā)布于:2016-03-16 18:46
    強(qiáng)度分析

          發(fā)動(dòng)機(jī)前安裝支架是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端的重要零件,具有承擔(dān)把發(fā)動(dòng)機(jī)總成安裝在懸置上的功能。如果使用過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)前安裝支架發(fā)生斷裂或者失效等情況,將會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)前安裝支架時(shí),一個(gè)重要的設(shè)計(jì)要求就是保證其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。某新車(chē)型由于機(jī)艙布置的需要,將發(fā)動(dòng)機(jī)位置進(jìn)行了移動(dòng),并重新設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)前支架。利用有限元分析方法,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前支架進(jìn)行了強(qiáng)度分析,并對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn),最后通過(guò)樣車(chē)的道路耐久試驗(yàn),驗(yàn)證了改進(jìn)結(jié)構(gòu)的有效性與可靠性。
          發(fā)動(dòng)機(jī)前支架初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),如圖所示,前支架通過(guò)3個(gè)懸置安裝孔與懸置連接,通過(guò)1個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋左安裝孔和2個(gè)右安裝孔連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上。前支架采用6mm厚的SAPH440鋼板,經(jīng)沖壓成型后焊接形成,并且表面進(jìn)行電泳處理。使用剛性元和梁?jiǎn)卧M螺栓,基本單元尺寸為2mm的10節(jié)點(diǎn)4面體單元對(duì)支架進(jìn)行模擬。利用線彈性材料本構(gòu)模型模擬前支架鋼材,其中材料的彈性模量為2.1Xe5MPa,泊松比為0.3。使用剛性元連接前支架和加載點(diǎn),在前支架與橡膠懸置連接中點(diǎn)加載。圖示出建立的前支架有限元模型,其中節(jié)點(diǎn)數(shù)為273509,單元數(shù)為1656800與以往車(chē)型相比,該新車(chē)型的機(jī)艙布置使得前支架承受更多的垂向載荷,因此文章重點(diǎn)對(duì)前支架的垂向承載強(qiáng)度進(jìn)行分析。
          首先在加載點(diǎn)施加垂直向下(z向)的載荷,載荷大小為1000N。然后根據(jù)線彈性理論,利用計(jì)算得到前支架可以承受的極限載荷(Fmax)。計(jì)算得到的Fma、應(yīng)該大于測(cè)試或計(jì)算得到的前支架上實(shí)際承受的最大載荷。此處利用多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù),使用MSC.ADAMS軟件計(jì)算得到前支架使用中承受的最大載荷。建立的動(dòng)力總成一懸置系統(tǒng)的多體仿真模型,如圖所示,模型由動(dòng)力總成和懸置組成。動(dòng)力總成的慣量特性參數(shù)由三線擺測(cè)得,懸置參數(shù)包括懸置剛度、阻尼和懸置安裝角度等,其中懸置剛度參數(shù)應(yīng)考慮橡膠懸置的位移非線性。
          在仿真計(jì)算中,對(duì)動(dòng)力總成-懸置系統(tǒng)進(jìn)行了28種工況分析,包括前后部分油門(mén)以及全油門(mén)工況、8km/h前后碰撞工況、垂直上下跳極限載荷工況、縱向和橫向極限載荷工況以及一些復(fù)合工況。利用有限元求解器OptiStruct9.0,對(duì)圖中的有限元模型進(jìn)行計(jì)算,得到發(fā)動(dòng)機(jī)前支架的應(yīng)力分布云圖,如圖所示。從圖可以看到,前支架最大應(yīng)力為291.9MPa,位于連接懸置的螺栓孔,支架與發(fā)動(dòng)機(jī)連接側(cè)板的圓角處應(yīng)力也較大,為218.1MPa。前支架材料的抗拉強(qiáng)度為410MPa,由式可得,F(xiàn)max=1405N,小于上述28種工況多體仿真計(jì)算得到的多個(gè)載荷,表明前支架初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在強(qiáng)度問(wèn)題,需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改進(jìn)。


                                                                                      專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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