加強板設計對發動機罩蓋模態的影響

馮怡晨　柴志　呂慧

摘 要：基于某車型發動機罩蓋設計開發過程，探討不同形式、不同結構特點的加強板對發動機罩蓋模態的影響，對發動機罩蓋加強板的設計有較好的指導意義。希望通過文章的分析和研究，可以為相關人士提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：發動機罩蓋；模態；加強板

中圖分類號：U463.83+3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0094-03

Abstract： Based on the design and development process of a certain type of engine cover， the influence of different forms and structural characteristics of the reinforcement plate on the mode of the engine cover is discussed， which has a good guiding significance for the design of the engine cover reinforcement plate， in the hope that through the analysis and research of the article， we can provide some reference for the relevant people.

Keywords： engine cover； modal； reinforcement plate

前言

發動機罩蓋是車身中的關鍵部件，其性能直接影響了汽車的NVH性能、碰撞安全性能等，而模態分析又是考量發動機罩蓋綜合性能的重要指標之一，因此對此指標進行進一步探究顯得尤為必要。

本文以某車型發動機罩蓋開發設計過程為例，借助CAE手段，對比分析不同結構形式的加強板對發動機罩蓋模態的貢獻程度。

1 影響發動機罩蓋模態的相關因素

發動機罩蓋是較大的外覆蓋件，結構包括外板、內板、外板支撐板、鎖扣加強板、鉸鏈加強板等結構，需要合理的結構設計滿足模態的目標要求，影響發動機罩蓋模態的主要因素有：

（1）內外板料厚，料厚變化帶來了重量變化，增加料厚，模態降低。

（2）內板結構，支撐梁分布情況決定了發動機罩蓋的模態分布水平。

（3）加強板料厚，局部的重量變化有可能會影響某方向的振動模態。

（4）加強板結構，不同形狀尺寸及加強結構的鈑金決定了某一階層的模態值。

（5）鎖扣加強板的焊點布

置，焊點的數量以及分布位置與模態密切相關。

2 發動機罩蓋模態的分析方法及目標

2.1 當前CAE分析方法

對發動機罩蓋鉸鏈安裝點進行全約束、同時約束鎖位置處3個方向自由度，如圖1所示，考察發動機罩蓋一階扭轉振型、一階彎曲振型、上下振動模態、XY平面內搓動模態，要求目標值避開怠速激勵±3Hz。

2.2 某車型分析條件及結果

根據該車型的發動機罩蓋尺寸以及強度、剛度、抗凹性等性能指標要求，對其鈑金材料、料厚以及結構初步設計如圖2、表1所示，模態分析結果見表2。

目標要求模態避開22Hz～28Hz區間范圍，該車型上下振動模態24.33Hz，與怠速激勵相近，不滿足要求，分析該模態的位移云圖發現，見圖3，該模態值集中在罩蓋前端鎖扣位置處，針對這一原因，本文主要對鎖扣加強板的結構展開具體分析，探討其對上下振動模態的影響。

3 鎖扣加強板結構分析及CAE計算

3.1 方案制定

考慮該車型發動機罩蓋的尺寸較大且重量已臨近目標值，上下振動模態24.33Hz向28Hz提升的難度更大，因此加強板結構提升的方案主要向降低振動模態的方向考慮，由應變能云圖圖4所示，高振幅主要集中在鎖扣布置的位置處，以及最前端的焊點位置。

針對鎖扣位置處的結構以及焊點分布情況，加強板在原有結構上進行如下調整：

方案一：取消加強板縱向加強筋（如圖5）。

方案二：方案一的基礎上修改焊點排布，取消前端焊點，鎖扣二保焊位置處增加兩個對角焊點，以及該位置處翻邊高度由3.5mm修改為2mm（如圖6）。

打破原有加強方向，重新設計鎖扣加強板形狀，制定方案三、方案四：

方案三：對比其他車型發現，加強板形狀縱向分布較小，橫向分布居多，修改為橫向分布形式，同時取消兩側的翻邊，削弱縱向的加強作用，提高橫向的加強作用，四個拐角的焊點X向位置不動，Y向隨形狀調整，中間焊點改為對角分布（如圖7）。

方案四：方案三的基礎上前端焊點X向位置后移，鈑金尺寸變窄，后端增加缺口（如圖8）。

方案五：方案四的基礎上，為保證對鎖扣的加強作用，加強板料厚由1.2t改為1.5t。

3.2 CAE計算結果

根據以上五種方案進行CAE分析，結果如表3所示，可見方案三、四、五引起了上下振動模態較大的變化。

方案四及方案五的分析結果，上下振動模態有效避開激勵，重新計算方案五的發動機罩蓋剛度，對比兩種形式的鎖扣加強板對發動機罩蓋剛度的影響，分析結果如表4所示，彎曲剛度、扭轉剛度均提升，側向剛度略有下降。

4 結束語

通過上述分析對比，總結不同結構特點、不同焊點分布狀態的鎖扣加強板，對發動機罩蓋上下振動模態的影響，主要有以下幾點，供加強板結構設計作參考：（1）從結構上來說，加強筋對模態的影響因素相對較小，翻邊結構影響因素相對較大，能有效提升上下振動的模態值；（2）從料厚上來說，加強板料厚增加所引起的重量變化值不大，模態變化量小；（3）從焊點布置上來說，模態分析的約束位置主要在鎖扣和鉸鏈上，焊點分布與鎖扣相對位置尤為重要，X向距離越近，Y向距離越遠，有利于降低上下振動模態值；（4）從形狀尺寸來說，橫向布置的加強板相對于縱向布置的加強板，上下振動模態值小，同時有利于加強發動機罩蓋剛度。

參考文獻：

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