某新能源汽車真空泵支架振動(dòng)強(qiáng)度分析與優(yōu)化

鄒賓興

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330052）

1 引言

真空泵是車輛制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其為車輛提供剎車助力，對(duì)車輛的制動(dòng)性能和安全性能具有較大影響。真空泵支架將真空泵固定在車輛縱梁中段，其激勵(lì)源主要來(lái)自路面，其振動(dòng)強(qiáng)度性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的安全性。為了驗(yàn)證某新能源汽車真空泵支架的振動(dòng)強(qiáng)度性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，基于Hypermesh 軟件和Nastran 軟件對(duì)其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，獲取其振動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)力，并采用Isight 集成平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析，得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2 建立真空泵支架有限元模型

采用Catia 軟件建立車輛縱梁、真空泵及其支架的三維模型，再采用Hypermesh[1,2]軟件抽取車輛縱梁與支架的中面，并對(duì)中面和真空泵本體的表面進(jìn)行幾何清理。為了提高分析精度，采用3mm 的Mixed 單元對(duì)它們進(jìn)行網(wǎng)格離散化處理，螺栓周圍建立兩圈規(guī)整的殼四邊形單元，確保不出現(xiàn)畸形單元，各個(gè)零部件之間的螺栓連接采用RBE2 單元模擬，以此建立真空泵支架有限元模型，如圖1 所示。真空泵支架的材料為Q235，其彈性模量為21000MPa，其泊松比為0.3，其密度為7800kg/m3，其屈服強(qiáng)度為235MPa，其抗拉強(qiáng)度為375MPa。

圖1 真空泵支架有限元模型

3 振動(dòng)強(qiáng)度分析

圖2 真空泵支架X 方向的頻率-應(yīng)力曲線

圖3 真空泵支架Z 方向的頻率-應(yīng)力曲線

圖4 真空泵支架Z 方向的應(yīng)力云圖

為了驗(yàn)證該真空泵支架的振動(dòng)強(qiáng)度性能，基于真空泵支架有限元模型，在車輛縱梁兩端分別施加X(jué)方向1.0g加速度、Y 方向1.0g 加速度和Z 方向2.0g 加速度，以此采用Nastran軟件[3]對(duì)其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，得到真空泵支架在X、Y 和Z方向的頻率-應(yīng)力曲線。如圖2 所示，為真空泵支架X 方向的頻率-應(yīng)力曲線。由圖2 可知，當(dāng)激勵(lì)頻率為37.3Hz 時(shí)，其X 方向的最大應(yīng)力值為8.8MPa，低于材料許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。其應(yīng)力集中點(diǎn)位于支架的折彎過(guò)渡處。當(dāng)激勵(lì)頻率為37.3Hz 時(shí)，其Y 方向的最大應(yīng)力值為24.5MPa，小于材料許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求其應(yīng)力集中點(diǎn)位于支架的螺 栓處。如圖3 所示，為真空泵支架Z 方向的頻率-應(yīng)力曲線。由圖3 可知，當(dāng)激勵(lì)頻率為37.3Hz 時(shí)，其Z 方向的最大應(yīng)力值為255.4MPa。如圖4 所示，為真空泵支架Z 方向的應(yīng)力云圖。由圖4 可知，真空泵支架Z 方向的應(yīng)力集中點(diǎn)位于其加強(qiáng)筋處，超過(guò)材料屈服強(qiáng)度，不符合振動(dòng)強(qiáng)度性能要求。

4 優(yōu)化分析

為了降低真空泵支架的應(yīng)力，應(yīng)提升局部的剛度性能。采用Isight 軟件[5]集成Hypermesh 軟件和Nastran 軟件對(duì)真空泵支架的厚度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。優(yōu)化之前，其厚度為2.5mm，優(yōu)化之后其厚度為3.2mm。

采用最優(yōu)參數(shù)重新對(duì)其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，如圖5 所示，優(yōu)化之后真空泵支架Z 方向的應(yīng)力云圖。由圖5 可知，優(yōu)化之后真空泵支架的應(yīng)力水平降低至190.3MPa，減少了25.5%。優(yōu)化之后，其X 方向和Y 方向的最大應(yīng)力分別為6.4MPa 和19.5MPa，均小于其材料屈服應(yīng)力，滿足振動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

圖5 優(yōu)化之后真空泵支架Z 方向的應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

基于Hypermesh 軟件建立某新能源汽車真空泵支架有限元模型，在縱梁兩端加載振動(dòng)激勵(lì)，對(duì)其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，其Z 方向的應(yīng)力值大于材料許用應(yīng)力，不滿足振動(dòng)強(qiáng)度要求。采用集成平臺(tái)對(duì)其厚度進(jìn)行優(yōu)化分析，得到其最優(yōu)厚度值，優(yōu)化之后其X、Y 和Z 方向的應(yīng)力值均低于材料屈服，符合設(shè)計(jì)要求，能夠有效降低故障率，提供產(chǎn)品的可靠性。