基于ABAQUS的某商務車發動機懸掛有限元分析

譚子瑤，曾 毅

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

發動機整車懸掛是支撐發動機在整車上運行的重要零件，本文基于Abaqus軟件，利用計算模態法和非線性分析法[1，2]分析發動機懸掛以下兩個方面：

一是分析懸掛組件的模態。發動機點火激勵是發動機懸掛的最大的激勵，為了防止強烈共振，必須合理地設計發動機懸掛，使整個組件具有較高的剛度，具有較大的一階模態頻率，從而避開發動機工作過程中的點火激勵（二階激勵）的所有可能頻率[3]。

二是分析懸掛組件的結構強度。汽車在行駛過程中會遇到多種工況，懸掛結構強度應能滿足汽車正常行駛的各類工況。

1 模型數據

1.1 數模

圖1 發動機懸掛分析數模

1.2 零件材料屬性

分析模型中各零件的材料屬性，其中由于超彈性橡膠材料NR+BR材料特性曲線難以獲得，則根據高速碰撞的經驗，用材料屬性相似的軟金屬來代替橡膠。

1.3 工況條件

將已知的工況參數進行歸類整理，分為固定工況和變動工況。

（1）固定工況

包括重力方向、螺栓擰緊力矩、發動機總質量、發動機質心坐標、摩擦系數。

動力總成搭載到整車上的坐標系如圖2所示，其中X軸從車頭指向車尾，Z軸垂直向上，Y軸按右手法則確定。

圖2 整車坐標系

（2）變動工況

選擇GM推薦動力總成28工況載荷標準中的12個工況來分析，其中扭矩：

上述公式中，MET為發動機最大輸出扭矩147 N·m，FGR為變速器一檔速比4.605，RGR為變速箱倒擋速比3.947，FDR為主減速比1，MF為倍增因數1.4.

大梁冇話說了，又摸出根土煙卷掛在嘴上。這事兒他怕我難過，以往從冇提起。今朝是怎么啦？話趕話，把傷心的事兒也趕出來了？

2 計算前處理

2.1 網格劃分

網格模型：如圖3所示。

網格尺寸：缸體、變速箱殼體為6 mm，其余為2.5 mm.

網格類型：缸體和變速箱為C3D4M，其余為C3D10M，虛擬鋼體單元為RBE2.

單元數量：C3D4M為381 304，C3D10M為373 652.

圖3 懸掛網格模型

2.2 施加邊界條件

（1）模態分析

固定懸掛端面；所有接觸面均用綁定約束；建立虛擬發動機總成單元，并創建單元與其他面之間的連接關系；添加虛擬單元質量。

（2）強度分析

分析步1：施加螺栓預緊力。固定懸掛端面；橡膠鋼墊與橡膠之間用綁定約束，其余接觸面均用摩擦系數為0.2的面面接觸；在螺栓連接處創建虛擬螺栓連接；取最大擰緊力矩40 N·m，螺栓公稱直徑M10計算得出施加到每個螺栓的預緊力26 667 N.

分析步2：施加發動機動載荷。繼承分析步1；建立虛擬發動機總成單元，并創建單元與其他面之間的連接關系；施加發動機總成工況載荷，按照12工況條件，取工況1和工況2中扭矩較大值工況1計算，工況3-工況12分別計算。

3 計算后處理

3.1 模態計算結果

根據圖4所示結果分析：前三階模態值較低，與此發動機在2 000～3 000 r/min轉速下的激勵頻率相近，則此懸掛在發動機2000～3000r/min轉速下容易產生共振。建議縮短懸掛之間跨度，增加懸掛鈑金件材料厚度來提高懸掛組件的模態。

圖4 懸掛組件前3階模態計算結果

3.2 強度計算結果

工況1的強度計算結果分別如圖5所示。根據計算結果分析，整車在碰撞和過坑的工況下，懸掛最大應力容易超出材料屈服極限，左懸掛出現的問題較多，建議在不更換懸掛材料的情況下，增加懸掛鈑金件材料厚度，降低應力幅值。

圖5 工況1

4 結束語

本文利用Abaqus軟件進行模態分析和非線性強度分析，計算出發動機懸掛組件模態以及各類行駛工況下強度容易出現問題的位置，為后續懸掛結構改進提供參考依據。

參考文獻：

[1]楊連生.內燃機設計[M].北京：中國農業機械出版社，1989.

[2]石亦平，周玉蓉.Abaqus有限元分析實例詳解[M].北京：械工業出版社，2006.

[3]何寶俊，黃鳳琴，李 欣.某發動機空調壓縮機支架的模態分析和優化[C]//Abaqus2015中國區用戶論文集，2015：186-190.