基于ABAQUS的某商務(wù)車發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛有限元分析

譚子瑤，曾 毅

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

發(fā)動(dòng)機(jī)整車懸掛是支撐發(fā)動(dòng)機(jī)在整車上運(yùn)行的重要零件，本文基于Abaqus軟件，利用計(jì)算模態(tài)法和非線性分析法[1，2]分析發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛以下兩個(gè)方面：

一是分析懸掛組件的模態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火激勵(lì)是發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛的最大的激勵(lì)，為了防止強(qiáng)烈共振，必須合理地設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛，使整個(gè)組件具有較高的剛度，具有較大的一階模態(tài)頻率，從而避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的點(diǎn)火激勵(lì)（二階激勵(lì)）的所有可能頻率[3]。

二是分析懸掛組件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。汽車在行駛過(guò)程中會(huì)遇到多種工況，懸掛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)能滿足汽車正常行駛的各類工況。

1 模型數(shù)據(jù)

1.1 數(shù)模

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛分析數(shù)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(jù)高速碰撞的經(jīng)驗(yàn)，用材料屬性相似的軟金屬來(lái)代替橡膠。

1.3 工況條件

將已知的工況參數(shù)進(jìn)行歸類整理，分為固定工況和變動(dòng)工況。

（1）固定工況

包括重力方向、螺栓擰緊力矩、發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心坐標(biāo)、摩擦系數(shù)。

動(dòng)力總成搭載到整車上的坐標(biāo)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(biāo)系

（2）變動(dòng)工況

選擇GM推薦動(dòng)力總成28工況載荷標(biāo)準(zhǔn)中的12個(gè)工況來(lái)分析，其中扭矩：

上述公式中，MET為發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩147 N·m，F(xiàn)GR為變速器一檔速比4.605，RGR為變速箱倒擋速比3.947，F(xiàn)DR為主減速比1，MF為倍增因數(shù)1.4.

大梁冇話說(shuō)了，又摸出根土煙卷掛在嘴上。這事兒他怕我難過(guò)，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(lái)了？

2 計(jì)算前處理

2.1 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格模型：如圖3所示。

網(wǎng)格尺寸：缸體、變速箱殼體為6 mm，其余為2.5 mm.

網(wǎng)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(shù)量：C3D4M為381 304，C3D10M為373 652.

圖3 懸掛網(wǎng)格模型

2.2 施加邊界條件

（1）模態(tài)分析

固定懸掛端面；所有接觸面均用綁定約束；建立虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)總成單元，并創(chuàng)建單元與其他面之間的連接關(guān)系；添加虛擬單元質(zhì)量。

（2）強(qiáng)度分析

分析步1：施加螺栓預(yù)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(shù)為0.2的面面接觸；在螺栓連接處創(chuàng)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(jì)算得出施加到每個(gè)螺栓的預(yù)緊力26 667 N.

分析步2：施加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)載荷。繼承分析步1；建立虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)總成單元，并創(chuàng)建單元與其他面之間的連接關(guān)系；施加發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算，工況3-工況12分別計(jì)算。

3 計(jì)算后處理

3.1 模態(tài)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)圖4所示結(jié)果分析：前三階模態(tài)值較低，與此發(fā)動(dòng)機(jī)在2 000～3 000 r/min轉(zhuǎn)速下的激勵(lì)頻率相近，則此懸掛在發(fā)動(dòng)機(jī)2000～3000r/min轉(zhuǎn)速下容易產(chǎn)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(lái)提高懸掛組件的模態(tài)。

圖4 懸掛組件前3階模態(tài)計(jì)算結(jié)果

3.2 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

工況1的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果分別如圖5所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，整車在碰撞和過(guò)坑的工況下，懸掛最大應(yīng)力容易超出材料屈服極限，左懸掛出現(xiàn)的問(wèn)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(yīng)力幅值。

圖5 工況1

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Abaqus軟件進(jìn)行模態(tài)分析和非線性強(qiáng)度分析，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛組件模態(tài)以及各類行駛工況下強(qiáng)度容易出現(xiàn)問(wèn)題的位置，為后續(xù)懸掛結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1989.

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

[3]何寶俊，黃鳳琴，李 欣.某發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)分析和優(yōu)化[C]//Abaqus2015中國(guó)區(qū)用戶論文集，2015：186-190.