发动机悬置托臂断裂分析及结构优化.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.032发动机悬置托臂断裂分析及结构优化孙士杰，张超海，张向阳，王庆（河南恒发橡塑制品有限公司，河南长垣453400）摘要：发动机左悬置托臂在进行路试过程中发生断裂，为了分析断裂原因，对托臂进行了有限元分析，确定了断裂位置与应力集中区域相吻合。在此基础上对托臂结构进行了优化，增加其强度，并经有限元分析、实验室验证、路试，确认了优化后结构的可靠性。关键词：托臂；断裂；有限元分析；应力集中；结构优化中图分类号：U467.1文献标识码：A文章

2、编号：1671-7988(2017)20-91-03FractureanalysisandstructureoptimizationofenginesuspendingcorbelSunShijie,ZhangChaohai,ZhangXiangyang,WangQing（HenanHengFaRubber＆PlasticProductsCo.,Ltd,HenanChangyuan453400）Abstract:Theleftcorbelofenginesuspendingwasfractureint

3、heroadtest.Inordertoanalysisthefracturereason,makesurethesamepositionbetweenfractureandstressconcenratebyFEA.Onthisbasis,optimizationthecorbelstructureandincreaseitstrength,makesurethereliabilitoftheoptimizationstructurebyFEA,labortoryconfirmationandroa

4、dtest.Keywords:Corbel;Fracture;FEA;Stressconcenrate;StructureoptimizationCLCNO.:U467.1DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)20-91-03验证，最终通过路试确认了优化后结构的可靠性。引言表1A380性能参数发动机悬置是汽车实现支撑发动机、减缓各种冲击和降低噪声的重要系统，悬置系统各个零件设计的合理性直接影[1]响着悬置系统的隔振性及可靠性汽车发动机悬置元件由于1断裂原因分析长

5、期承受来自发动机的循环载荷，容易产生疲劳裂纹进而断[2]裂。故障发生后，技术人员对故障部件进行详细的分析。断某款乘用车发动机的左悬置托臂在进行路试过程中发生裂部件是左悬置托臂，与变速箱相连，主要承受垂直载荷，断裂，经调查，该悬置托臂采用的材料为铸造铝合金A380在动力总成悬置系统中起着支撑作用。该托臂断裂时已在路（性能参数见表1），路试过程中同材质的右悬置、后悬置部试中行驶了约15000km，在通过极限工况时出现了断裂现象，件未发生断裂。为了确认该托臂的断裂原因，利用有限元分断裂部位为托臂与底座连接端

6、开裂，断口模式如图1所示。析软件abaqus对其进行了力学分析，确定结构在整个加载过断裂源位于托臂限位点附近，因此可以推测限位点附近应为程中的应力集中区；同时在实验室条件下进行验证，找出托该零件的应力集中区。当应力大到可以破坏原子间的键合力臂断裂关键原因；在此基础上对托臂结构进行了优化、分析、时，裂纹开始形核，裂纹长大导致断裂。为了验证推断的科学性，还需利用有限元分析软件作进一步分析。作者简介：孙士杰，（1983-）工程师，河南恒发橡塑制品有限公司总经理，从事汽车零部件技术、管理工作。92汽车实用技术

7、2017年第20期再对其强度提升状况进行确认。2.1结构强度分析计算对优化的托臂新结构进行强度分析，边界加载：全约束连接支架安装孔，托臂与连接支架使用刚度耦合单元连接；[5]工况加载：在托臂与悬置连接位置加载28工况，分析结果见表2。表2左悬置托臂结构强度计算图1托臂断裂图图2托臂网格划分图3托臂应力分析由于分析的主要任务是确定结构断裂裂纹的初始位置，进而确定裂纹的扩展路线，因此所需结果为结构的应力，结[3]构在整个加载过程中的应力集中区就是其裂纹初始位置。建立有限元仿真模型，首先利用Hypermes

8、h软件对托臂进行网格划分，生成四面体单元，模型采用C3D8I&M3D6（包含评价标准：12005nodes、108721elems），如图2；利用abaqus软件进行1）典型工况≤85%材料屈服强度（136MPa）；应力分布分析，模拟断裂（加载力22000N，最大主应力2）极限工况≤85%材料抗拉强度（272MPa），最大主应321.4MPa，A380抗拉强度为320MPa），应力分布云图如图3。力低于材料屈服强度（160MPa）。对比托臂断裂图1和应力