陶正勇1韦世宝2
(1.广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林537000;2.广西玉林达业机械配件有限公司，广西玉林537001)
摘要：发动机悬置支架动刚度对车辆的噪声-振动-平顺性(N V H)性能有着重要影响㊂介绍了动刚度分析原理，利用A B A Q U S软件对某重型发动机前悬置支架进行动刚度分析㊂针对局部频率点的动刚度响应较大的问题，对悬置支架及发动机机体局部结构进行了优化㊂通过计算，优化后的悬置支架动刚度响应结果满足评价要求㊂该研究对悬置支架动刚度设计和计算具有一定的指导意义㊂关键词：发动机；悬置支架；动刚度发动机配件
0前言
噪声-振动-平顺性(N V H)性能是影响汽车舒适性的重要评价指标之一㊂作为汽车最主要振动激励源的动力总成悬置的隔振性能对整车的N V H性能有着直接影响㊂在动力总成悬置系统设计时，研究人员不仅需要关注悬置软垫的隔振性能，还应关注悬置支架的刚性是否足够㊂悬置支架的刚性通常通过悬置支架的模态频率和悬置支架接附点动刚度(I P I)进行评价[1-4]㊂本文对某重型发动机前悬置支架接附点进行了分析，发现其动刚度小于设计标准值，可能导致N V H性能下降㊂研究人员通过对支架结构进行优化，提高了支架的动刚度，满足了设计要求㊂
1动刚度分析
动刚度分析是评价车身和发动机悬置支架接附点N V H性能的重要方法㊂静刚度是结构产生单位位移所需外力，其为常数，表征了结构抵抗变形的能力㊂动刚度是结构产生单位振幅所需的动态外力，表征了结构在动态载荷下抵抗变形的能力㊂该动态力不是常数，而是随着频率变化的函数[4-6]㊂
研究人员在进行动刚度分析时，需要对支架的接附点(即悬置支架与悬置软垫连接点)施加某一频率范围内的单位力，同时输出接附点的加速度响应，由此得到接附点在分析频率范围内的加速度导纳I P I㊂通常产品开发时都会设定动刚度设计目标值K，由此可以计算得出在不同频率f下的加速度响应曲线目标值X，如式1所示㊂
X㊆(t)=(2πf)2K(1)在工程上，习惯将I P I的加速度相应曲线与目标曲线进行对比，以评价在整个分析频域范围内的悬置支架接附点动刚度性能㊂
2某重型发动机悬置安装动刚度分析
2.1有限元网格模型
某重型发动机主要匹配商用车㊂在设计初期，为了考察其前悬置接附点的动刚度性能，研究人员利用有限元仿真分析方法进行了I P I分析㊂通常，发动机机体裙部及周边零部件对悬置支架接附点动刚度均会产生影响㊂相关有限元模型包括了气缸体㊁油底壳㊁油封座㊁前悬置支架㊁螺栓等零件㊂研究人员用西门子N X软件建立分析支架的计算机辅助设计(C A D)模型，将C A D模型导入H y p e r W o r k s软件中的H y-p e r m e s h模块，进行网格划分，并对前悬置支架及连接区域附
近的有限元网格进行局部细化，以提高仿真分析精度；然后，将网格文件导入A B A Q U S有限元分析软件进行建模，施加载荷，约束边界，求解和后处理㊂网格模型规格采用C3D10M，密度取7500k g/m3，弹性模量取170G P a，泊松比为0.3㊂有限元网格模型如图1所示㊂
2.2模型设置
研究人员在机体㊁油底壳㊁油封座与前悬置支架结合面之间建立接触副，螺栓使用t i e约束条件进行连接，并在悬置软垫上端面中心建立参考点，将参考点与悬置支架与悬置软垫安装接触的端面之间建立C o u-
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图1 某重型发动机有限元分析网格模型
p l i n g 约束条件㊂参考点代表了悬置支架接附点位置
的受载情况和运动响应情况㊂
研究人员在A B A Q U S 软件中采用基于模态叠加
法的稳态动力学开展悬置接附点的相应分析㊂一般需要关注悬置支架1000H z 以内的动刚度，因此研究人员将响应分析频率范围设置为0~1000H z ㊂在开展响应分析之前，研究人员需要对模型进行自由模态计算，分析频率为0~2000H z ㊂在响应分析时，研究人员依次在悬置支架参考点的X ㊁Y ㊁Z 方向上施加1N
的单位载荷，同时输出参考点的X ㊁Y ㊁Z 向加速度的响应结果㊂
2.3 计算结果分析
在有限元分析完成后，研究人员依次提取参考点的X ㊁Y ㊁Z 向加速度的响应结果㊂有相关文献表示，动刚度的目标值一般设定在5000~10000N /m m ,
且各向的动刚度设计目标会有所差异[
4-6]
㊂本文对发动机悬置接附点X ㊁Y ㊁Z 向的动刚度目标K 设定为大于等于10000N /m m ，根据(1
)式计算可以得到频率f 在0~1000H z 范围内，动刚度为10000N /m m 时对应的I
P I 评价标准曲线(
图2)㊂图2 悬置支架接附点的各向I P I 评价标准曲线
如图2所示，为使I P I 评价标准曲线更为平滑,
研究人员对纵坐标取了对数㊂在理论上，悬置接附点的I P I 曲线应小于标准值对应的I P I 曲线,
这样才能保证悬置支架接附点收到单位载荷作用下的加速度响应幅值小于标准值㊂在图2中，在分析频率范围内,Y 向
I P I 曲线小于标准值曲线,
但X 向和Z 向局部频率点的I P I 曲线超过了标准值曲线㊂发动机在运转时，在这些频率点附近容易出现振动超标，因此需要对机体和前悬支架进行结构优化㊂
3 结构优化及结果
3.1 优化方案
图3为机体和前悬支架在超标频率点的模态振型㊂由图3可见，相对振幅较大的除了支架本身外，还有机体裙部的振型㊂因此，优化方案为针
对悬置支架和机体裙部结构进行局部加强，以提高其刚度㊂
图3 机体和前悬支架的模态振型
如图4所示，研究人员在机体裙部增加了加强筋
和气缸体加强板，以提高机体裙部刚性㊂通过将安装上悬置的2个螺孔由筋条连接起来，同时增加1条竖直的筋条，发动机整体结构得到了支撑㊂同时，悬置支架与机体连接的法兰半径增加了1m m ㊂2处结构的改变引起机体质量增加0.23k g
㊂3.2 优化后I P I 分析
研究人员对优化后的几何模型重新进行了划分网格，建立仿真分析模型㊂经过计算得到优化后的I P I 曲线如图5所示㊂由图5可见，优化后悬置支架接附点的I P I 响应曲线均小于目标值㊂这说明优化方案是
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图4 机体优化示意图
有效的，优化后的悬置支架接附点动刚度满足设计要求㊂
图5 优化后悬置支架接附点各向I P I 曲线
4 结论
悬置支架接附点的动刚度对车辆N VH 性能有着
直接影响㊂研究人员采用I P I 分析方法对某重型发动机悬置支架进行动刚度分析，发现分析频域范围内存在局部I P I 响应峰值超出目标值，可能存在N V H 性能影响㊂通过分析问题频率点附近的模态振型，研究人员确定发动机悬置支架和裙部模态刚度较弱，并对悬置支架和发动机机体裙部结构进行了改进㊂优化后的
悬置接附点I P I 满足设计目标，有效规避了后期发动机配套N V H 性能的影响㊂该研究有助于相关悬置支
架动刚度的设计和计算㊂
参 考 文 献
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