汽車懸置支架開裂分析及優化

李立波，白龍

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車懸置支架開裂分析及優化

李立波，白龍

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

發動機懸置支架是汽車中的重要安全部件，其強度、剛度以及工藝十分關鍵。針對一款車型懸置支架的開裂問題，進行系統的分析排查，通過對結構設計的CAE分析、故障件金相分析、焊接工藝的確認，確認問題的主要原因，有針對性的進行整改驗證，通過道路強化驗證，滿足設計設計要求。這些設計經驗，對于指導后期懸置設計及制造有著積極的意義。

發動機懸置支架；強度分析；優化設計

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

懸置支架是動力總成懸置系統中核心的支承部件，懸置支架的可靠性直接影響到整個動力總成的匹配安全；由于動力總成及底盤系統受力及運動的復雜性，對于目前懸置系統支架的可靠性開發，重要的驗證方法就是強化道路的可靠性驗證；針對可靠性出現的問題，主要的解決方法是通過增加沖壓件料厚、增加加強筋等加強結構的方法進行強化。本文針對一款車型的懸置支架開裂問題，進行CAE結構強度分析、焊接工藝確認、故障件的金相分析，完成懸置支架的優化，解決懸置開裂問題，為后期懸置系統的開發積累經驗指導。

1 、懸置支架開裂故障

根據道路可靠性驗證，強化路10427km(折合普通公路156405km)懸置支架出現開裂，具體如下：

根據對故障件的具體失效模式及實物進行確認，并進行故障原因的分析，重點從理論設計 、焊接工藝、金相分析等方面進行分析確認，具體如下。

2、懸置支架理論分析確認

根據整車數模及懸置布置，建立有限元模型，約束全部自由度，在forward vertical down & leteral left loading（最惡劣工況）工況下，左右前懸置的Z方向分別施加大小相等方向相反的載荷（載荷為±2565N），邊界條件如圖4所示。

表2 施加邊界條件

根據建立CAE分析模型，并進行計算分析，重點進行焊縫處分析確認，根據分析結果，相關四條焊縫處的應力均小于40MPa，遠小于屈服應力，安全系數達到9；應變為0；根據分析結果，懸置支架在焊縫開裂處不存在應力集中，設計不存在風險。

表3 有限元分析結果

3、懸置支架開裂部位金相分析

根據以上對懸置支架的結構分析計算結果，懸置支架安全系數滿足設計要求，為進一步確認失效的原因，對于焊縫開裂處的母材、焊接開裂部位進行取樣，組織開展金相分析，確認裂紋的具體分布、母材材質焊接后相變、焊接工藝合理性等，準確的判斷焊接裂縫、夾雜物、氣孔、未焊透等缺陷。

針對故障件，組織取樣，分析如下：

通過金相分析，母材組織鐵素體+珠光體鐵素體晶粒度10級，正常，焊縫組織為柱狀的鐵素體魏氏組織+珠光體，鐵素體晶粒度1級，粗大；裂紋存在于焊縫尖角應力集中處；焊縫處無其他缺陷；支撐板和加強板之間搭接焊接間隙不均勻，未達到圖紙要求0-2mm要求。

4、整改驗證

根據以上分析，懸置支架失效的主要原因是支撐板、加強板之間間隙未達到設計要求，焊縫組織晶粒粗大；針對以上分析結果，調整優化支撐板、加強板模具及焊夾具，確保焊接縫隙滿足0-2mm設計要求，同時優化焊接電流，提升焊接質量。

整改件組織進行可靠性驗證，經過1.2萬強化路驗證，懸置支架未產生開裂失效，有效解決了懸置開裂問題。

5、結論

通過以上有限元CAE理論分析和金相試驗結果，表明致裂懸置支架開裂失效的主要原因是母材搭接縫隙不滿足設計要求，焊縫鐵素體晶粒粗大，導致在高強度試驗過程中，焊縫受到連續沖擊，在應力連續作用下，金屬基體與焊縫處產生裂紋，隨著試驗的開展，裂紋逐步擴大，導致懸置支架失效。

通過以上分析優化，明確了失效的具體原因，在懸置支架開發的過程中需要進行理論計算分析，同時也必須對工藝進行確認，保證開發部件能夠符合設計的目的，為后期相關部件的開發積累有效的經驗。

[1] 孫靖民，梁迎春．機械優化設計[M]．北京：機械工業出版社，2009．

[2] 陳祝年．焊接工程師手冊[M]．北京：機械工業出版社，2002：213—216.

[3] 姜莞，史文庫，滕騰，等．基于有限元方法的發動機懸置強度改進設計．汽車技術，2011；(1)：20—24.

Analysis and Optimization of engine mounting bracket

Li Libo, Bai long
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Engine mounting bracket plays an important role in the truck，and it's strength , stiffness and welding technics are even more critical. Aimed at the crack failure of engine mounting bracket, the analysis was accomplished. According to CAE analysis of structure design, metallographic structure and welding technics, the main reasons was verified. The test results of showed that the optimized engine mounting bracket was accorded to design. The experience of design have positive meaning to design and manufacture in the future.

engine mounting bracket; strength analysis; Optimal design

U463.3

A

1671-7988(2015)03--

李立波，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。