qiyekejiyufazhan
【摘要】随着我国汽车行业与计算机技术的发展，CAE 系统的功能和计算精度都有很大
提高，各种基于汽车零部件建模的CAE 系统应运而生。AltairHyperMesh 软件是一种高性能有限单元前后处理器，让工程师在平凡交互及可视化的环境下验证各种设计条件。Al-tairHyperMesh 可以支持直接输入CAD 几何模型和已有的有限元模型，减少重复性的工作。它先进的后处理工具保证形象地表现复杂的仿真结果。文章结合CN100V 车型悬置支架分析案例对模态、动刚度、强度进行介绍，为悬置支架设计问题提供借鉴与帮助。【关键词】CAE 有限元分析；AltairHypermesh 分析；发动机悬置支架【中图分类号】U464.13【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）11-0033-03
当前，中国汽车市场发展迅速与计算机应用技术的迅速发展有着密切的关联，在车身零部件的设计与开发中，一些计算设计辅助软件起到了非常大的作用。随着计算机应用技术的普及，CAE 系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE 系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，例如UG 、CAD 、AltairHyper-mesh 等。文章结合CN100V 车型的一些零部件的设计布置与分析，我们总结出了一些方式和经验：①悬置支架设计位置布置；②模态分析方法；③动刚度分析方法与结果；④强度分析方法与结果。
1悬置支架设计位置布置
悬置位置及数量的选择：根据动力总成的安装方式、用途、质量、长度和机舱空间等决定。悬置系统可以有三、四点悬置，大多在汽车上使用三点和四点悬置系统。在发动机振动过大时，如果悬置点的数量过多，当车身地盘架变形后，有的悬置点会有错位现象，会对悬置支架或发动机负载过大而造车损坏。三点模式的悬置与车身地盘架的适应性最佳，因为三点模式决定了一个平面，不受车身地盘架变形的影响，并且本身频率低，对抗扭转振动的效果比较优秀（如图1所示）。悬置系统设计包括发动机支撑架、后横梁、缓冲块、悬置支架等。发动机悬置是安装在发动机与汽车底盘之间，用于支撑动力总成和隔离减少发动机振动能量向底盘车身传播为目的的隔振系统。设计合理的悬置系统可以明显地降低汽车动力总成和车体振动，改善汽车的乘坐舒适型，并且还可以延长发动机与其他部件的使用寿命。设计前，我们依然根据提前得出的悬置支架边界条件，认真地对边界条件进行反复的研究，确定方向，对边界条件自主设计悬置支架的任务是具有挑战性的，要考虑的
因素较多，零件使用3DNX.UG-10.0软件建模设计出来后，要考虑和确认零件的制造、装配、成型、焊接、强度、工艺性等。设计悬置的边界条件，我们以三点式悬置布置设计举例。对于产品而言，最重要的还是性能，但性能怎样才能优质？我们可以通过有限元分析各项性能指标判断，不断地分析、更改，循环工作，直到设计达标为止。
2模态分析方法
下面以CN100V 发动机悬置后横梁上盖板零部件为例，使用Hypermesh 软件基本分析方法步骤如下。
（1）创建零件材料。选择各向同性的材料卡片MAT1，弹性模量为2.1e5MPa ，泊松比为0.3，密度为7.9e-9T/mm 3。
（2）创建零件属性。对于壳单元，建立的属性卡片为PSHELL ，在PSHELL 卡片力输入材料的厚度。
（3）创建连接。对螺栓安装孔建立reb2连接，同时建立加载点conm2单元。
（4）创建约束。对8个安装空约束6个方向自由度。（5）创建模态分析载荷。建立模态分析卡片eigrl ，输入需要计算的最高模态频率。
基于发动机悬置支架设计及模态、
动刚度、强度分析方法
董志远，蒙世崇
（柳州市金元机械制造有限公司，广西柳州545007）
【作者简介】董志远，男，广西柳州人，柳州市金元机械制造有限公司技术中心副经理，研究方向：汽车零部件设计开发与制造；蒙世崇，男，广
西柳州人，本科，柳州市金元机械制造有限公司技术中心经理，研究方向：汽车零部件设计开发、企业管理、组织创新。
图1三点悬置布置示意图
左
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（6）创建模态分析步和设置。建立模态分析步（normal modes），分别选择约束载荷和模态提取卡片，分析类型设置：sol=103模态分析，参数设置：post=-1，输出设置OUT-PUT：DISPLACEMENT=ALL；ESE=ALL。
（7）查看结果。通过hyperview打开输出的OP2文件即可查看模态计算结果（如图2所示）。
在CAE工程技术领域模态分析，Hypermesh最显著的特点是它所具有的很大的有限元划分网格前处理功能。按理说，工程师70%的时间都花费在有限元模型的CAE分析建立上或修改、划分网格上。而真正的分析求解时间是浪费在计算机服务器上。汽车发动机支架是动力总成悬置系统的功能件和安全件，我们要满足汽车在各种行驶工作状况下的强度，同时发动机悬置支架的约束模态对车内的噪声影响较大，如设计不合理，其悬置支架Ⅰ段固有的频率太低且处于发动机工作转速范围内，悬置支架将产生共振，使得车内噪音增大。因此，模态是悬置支架的重要的设计指标之一。对此，模态分析也是一个反复分析的工作，不断调整结构实现想要的效果。
3动刚度分析
下面以CN100V发动机悬置后横梁上盖板零部件为例，使用Hypermesh软件基本分析方法步骤如下。
（1）创建频率卡片。创建freq1卡片，输入计算起始频率、频率间隔、间隔个数。
（2）创建频域卡片。创建tabled1卡片，定义生成频域或时域动态载荷的表格函数。
（3）创建加载点卡片。创建darea卡片，在激励点加载动态载荷系数（分别创建3个，对3个方向加载）。
（4）创建联合卡片。创建rload1卡片，将darea卡片和tabled1卡片联合，形成频域下的载荷。同样是
创建3个，分别为X、Y、Z方向。
（5）创建动刚度分析步和设置。创建动刚度分析步，freq. resp（modal），分别选择前面创建的载荷卡片。
（6）结果查看。使用hypergraph2D打开PCH文件，查看输出的结果文件。对速度曲线进行处理，计算mobility值，mobility=V/F=2仔f/Kd。
动刚度用结构的固有频率衡量；但动作用力的频率与结构的固有频率相近时，有可能出现共振现象，所以我们要对零部件进行分析，避免共振现象。频率响应分析可以实现对结构的动态特性分析，预测结构的继续动力特性，验证设计能否克服共振、疲劳及其受迫振动引起的结构破坏，是计算线形结构在稳态振动激励下的响应的方式。当然也要考虑动力总成悬置系统刚度的匹配原则。
用后横梁零部件模拟各种工况进行约束和分析结果如图3所示。对零部件进行加载点与频率的模拟，从而利用软件分析出零部件在各工况下的结果。4强度分析与结果
车身在使用中承担着各种载荷，在这期间，要求车身应能完成作为结构体的承载功能作用。因此，轿车车身使用时既不能产生塑性变形，也不能产生裂纹和损坏，这就要求车身应具有必要的强度。
下面以CN100V发动机悬置后横梁上盖板零部件为例，使用Hypermesh软件基本分析方法步骤如下。
（1）卡片设置。创建应力点，“Shift+F4”移动应力点放在相应的位置，对螺栓安装孔建立RBE2连接，将加载点与应力点连接选择移动到应力点，创建约束，约束相应的螺栓安装孔点，对应力点创建加载，可以选择分力或合力。
（2）创建零件材料。选择各向同性的材料卡片MAT1，弹性模量为2.1e5MPa，泊松比为0.3，密度为7.9e-9T/mm3。
（3）分析步和设置。创建属性文件附于零件材料2D网格上。
（4）输出设置。编辑属性输出设置，NODE FILE→U EL FILE→S，创建强度分析步，分别选择前面创建的载荷卡片。
（5）分析步和设置。点击loadcols选择约束和加载力卡片，点击outputblocks选择输出卡片编辑属性。
（6）查看设置结果。导出文件XXX.inp文件，双击XXX. inp文件搜索error检查文件，如没问题会在aaa.sta文件里显示SUCCESSFULLY，在指定的文件夹创建记事本（a.bat）编辑输入代码，aaa为文件名，双击（a.bat）系
统自动用
图2模态分析结果
图3约束安装孔与动刚
度分析结果
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图5
强度分析结果
Abaqus 进行计算求解，得出aaa.odb 。
（7）查看结果。选择类型S-Stress components 和选择算法Simple 属性，点击APPLY 查看结果。
汽车发动机盖众所周知，一个结构的强度是支撑它寿命的重要因素之一，也是对于汽车重要零部件相当关键的一个考核指标。图4对零部件进行加载点与应力点的模拟，对各方向模拟施加一定的力，从而利用软件分析出零部件在各工况下显示出最薄弱的区域，图5中红部分在工作中最薄弱。重新回到设计阶段，对零部件结构进行优化工作。例如，更改零件材料、更改零部件状态等。
5结语
基于Hypermesh 软件对悬置支架的分析、模态、动刚
度、强度，本文通过对后悬置支架分析过程和结果判断零部件的适用性，得出的结果给设计指明了方向，规避了问题发生，并为新产品及其他车型的设计提供了思路和参考。本文没有过多地提供数据说明，只提供了一个过程与方法。
参考文献
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发动机悬置设计中的动、静刚度参数
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基于动刚度实验的发动机悬
置系统计算模型及模态验证［J ］噪声与振动控制，2010
（4）
图4约束安装孔并施加
方向力
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