一种汽车拉杆式悬置的有限元分析方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103678749 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103678749 A (21)申请号 201210358445.8 (22)申请日 2012.09.24 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 重庆长安汽车股份有限公司 地址 400023 重庆市江北区建新东路 260 号 (72)发明人 徐发扬 杨怀刚 景建敏 胡铁刚 邵显龙 (74)专利代理机构 重庆华科专利事务所 50123 代理人 康海燕 (54) 发明名称 一种汽车拉杆式悬置的有限元分析方法 (57) 摘要 本发明公开一种汽车拉杆式悬置的有限元分 析方法， 其包括 ：

2、（1） 三维几何模型建立及处理 ； （2） 网格划分 ；（3） 边界条件处理 ；（4） 求解计算 ； （5） 计算结果评价及结构优化。采用本发明的分 析方法， 可提高拉杆式悬置分析精度， 缩短分析周 期， 更好的指导悬置设计开发。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103678749 A CN 103678749 A 1/1 页 2 1. 一种汽车拉杆式悬置的有限元分析方法， 其包括以下步骤 ： （1） 三维几何模型建立及处理 运用

3、三维建模软件， 建立悬置的三维模型， 并对模型进行处理， 包括 ： 在螺栓凸台面， 以 该处螺栓公称直径的两倍为直径作圆， 沿螺栓安装面法线方向切割该螺栓安装面 ； 删除非 关键的倒角、 圆角等细小特征 ； （2） 网格划分 首先， 预估结构可能存在的风险区域， 风险区域一般在结构突变、 加强筋及圆角等处， 对于该区域进行网格加密处理 ； 然后， 保证关键圆角、 倒角处分布三到四层网格 ； 对结构关 键特征轮廓要求清晰 ； （3） 边界条件处理 在悬置与发动机机体连接螺栓孔处建立弹簧单元， 该单元各方向刚度采用悬置与发动 机机体连接螺栓孔的动刚度 ； 将拉杆质量通过等效原理， 作用于拉杆与悬置

4、连接的中心 ； （4） 求解计算 利用有限元求解器， 对完整的模型进行求解计算， 得到悬置固有频率、 悬置极限工况下 静强度、 悬置疲劳强度、 悬置与相邻部件连接面的接触特性结果 ； （5） 计算结果评价及结构优化 对计算结果进行评价， 内容包括悬置固有频率、 悬置极限工况下静强度、 悬置疲劳强 度、 悬置与相邻部件连接面的接触特性 ； 对于不满足设计要求的， 需对结构进行优化。 2. 根据要求 1 所述的汽车拉杆式悬置的有限元分析方法， 其特征在于 ； 所述对结构进 行优化是， 对于悬置固有频率不满足设计要求时， 通过增加加强筋或运用拓扑优化工具， 优 化结构刚度使其满足要求 ； 对悬置极限

5、工况下静强度、 悬置疲劳强度不满足设计要求时， 优 化加强筋的尺寸和布置， 圆角的大小 ； 对悬置与相邻部件连接面的接触特性不满足设计要 求时， 需要修改连接螺栓的尺寸与等级。 权 利 要 求 书 CN 103678749 A 2 1/2 页 3 一种汽车拉杆式悬置的有限元分析方法 技术领域 0001 本发明涉及计算机辅助工程 （CAE） 技术领域， 具体涉及一种拉杆式悬置分析方法。 背景技术 0002 在当今汽车工程领域， CAE（计算机辅助工程） 已得到广泛运用。成为汽车开发过 程中发现问题、 解决问题、 支持产品开发的一种有效工具。其中， 有限元方法在分析结构应 力、 应变、 变形、 振

6、动、 温度及疲劳等方面能达到较高的精度， 能解决工程开发过程中多方面 的问题。 0003 运用有限元方法时， 需将一个连续的结构离散为若干个单元， 并通过单元的节点 相互连为一个整体。以节点的某个量作为未知量， 通过假设单元的近似函数来表示待求的 未知量。通过变分原理得到未知量的方程组。然后利用数值方法得到解答。而连续结构离 散的效果与边界条件 （有限元分析模型） 是影响近似解精度的重要因素。 0004 汽车悬置系统作为连接发动机与车身关键零部件， 其主要作用是使发动机振动与 车体振动能有较好的解耦， 同时对来自车体外部冲击进行缓冲， 以保证发动机能够正常工 作。而实际行车路况往往复杂而又恶劣

7、， 对动力总成悬置系统进行分析是汽车开发很重要 的一项工作。 发明内容 0005 本发明目的为提高拉杆式悬置分析精度， 缩短分析周期， 更好的指导悬置设计开 发， 提供一种汽车拉杆式悬置的有限元分析方法， 以符合产品开发的要求。 0006 为实现上述目的， 本发明采用技术方案具体如下 ： 1. 三维几何模型建立及处理 运用三维建模软件， 建立三维悬置模型。 利用有限元软件对几何模型进行必要的处理 ： 在螺栓凸台面， 以该处螺栓公称直径的两倍为直径作圆， 沿该螺栓安装面法线方向切割该 螺栓安装面。 0007 2. 网格划分 首先， 预估结构可能存在的风险区域， 风险区域一般在结构突变、 加强筋及

8、圆角等处。 对于该区域进行网格加密处理 ； 然后， 保证关键圆角、 倒角处分布三到四层网格 ； 结构关键 特征轮廓需清晰， 不可严重失真。最后， 网格质量需满足分析要求。 0008 3. 边界条件处理 在悬置与发动机机体连接螺栓孔处建立弹簧单元， 该单元各方向刚度采用悬置与发动 机机体连接螺栓孔的动刚度 ； 将拉杆质量通过等效原理， 作用与拉杆与悬置连接的中心。 0009 4. 求解计算 利用有限元求解器， 对完整的模型进行求解计算， 得到悬置固有频率、 悬置极限工况下 静强度、 悬置疲劳强度、 悬置与相邻部件连接面的接触特性结果 ； 5. 计算结果评价及结构优化 说 明 书 CN 10367

9、8749 A 3 2/2 页 4 对计算结果进行评价， 内容包括悬置固有频率、 悬置极限工况下静强度、 悬置疲劳强 度、 悬置与相邻部件连接面的接触特性 ； 对于不满足设计要求的， 需对结构进行合理优化。 0010 所述对结构进行优化是， 对于悬置固有频率不满足设计要求时， 通过增加加强筋 或运用拓扑优化工具， 优化结构刚度使其满足要求 ； 对悬置极限工况下静强度、 悬置疲劳强 度不满足设计要求时， 优化加强筋的尺寸和布置， 圆角的大小 ； 对悬置与相邻部件连接面的 接触特性不满足设计要求时， 需要修改连接螺栓的尺寸与等级。 0011 采用本发明的分析方法， 可提高拉杆式悬置分析精度， 缩短分

10、析周期， 更好的指导 悬置设计开发。 附图说明 0012 图 1 分析方法的流程图。 具体实施方式 0013 下面结合图 1 对本发明涉及的分析方法作进一步说明 ： 参见图 1， 一种拉杆式悬置有限元分析方法， 其过程如下 ： 首先建立悬置的三维几何模型， 并利用HYPERMESH软件quick edit面板对几何模型进 行必要处理， 为有限元网格划分作准备。必须的几何处理主要包含 ： 在螺栓凸台面， 以该处 螺栓公称直径的两倍为直径作圆， 沿该螺栓安装面法线方向切割该螺栓安装面 ； 删除非关 键的倒角、 圆角等细小特征。 0014 然后， 利用 HYPERMESH 软件 automesh 面

11、板与 tetramesh 面板划分悬置结构有限元 网格。一般 2D 单元采用一阶三角形单元， 3D 单元采用修正的二阶四面体单元。为真实模拟 悬置实际状态， 在网格划分时需 ： 预估结构可能存在的风险区域， 及悬置分析关注部位， 对 该区域进行网格加密处理 ； 同时保证关键圆角、 倒角处分布三到四层网格， 结构关键特征轮 廓清晰， 不可严重失真。悬置网格质量需满足分析要求。 0015 其次， 根据悬置工作条件、 结构特征在前处理软件 HYPERMESH 中施加边界条件。 0016 1) 利用 HYPERMESH 软件， 在悬置与发动机机体连接螺栓孔处建立 cbush 弹簧单 元， 并设置该单元

12、各方向刚度属性等于悬置与发动机机体连接螺栓孔的动刚度 ； 2) 将拉杆质量通过等效原理， 通过 HYPERMESH 软件建立质量单元作用于拉杆与悬置 连接的中心 ； 3) 根据拉杆内橡胶布置与悬置工作状态， 利用HYPERMESH软件， 建立跨度约为60度的 RBE2 刚性单元 ； 4) 利用HYPERMESH软件， 通过建立RBE2单元使悬置中心与悬置结构连成一体， 在悬置 中心施加极限工况作用力 ； 最后， 提交建立的分析模型， 通过 ABAQUS 软件的求解器进行求解。根据计算结果， 分析 悬置的固有频率、 悬置极限工况下静强度、 悬置疲劳强度、 悬置与相邻部件连接面的接触特 性。 如其中某项不满足相应的要求， 则需分析造成该结果的主要影响因素， 并采取相应的优 化措施进行优化， 直到悬置各功能、 技术指标满足要求。 说 明 书 CN 103678749 A 4 1/1 页 5 图 1 说 明 书 附 图 CN 103678749 A 5