搜索發(fā)動機輔助懸置剛度的有限元算法探討
2013-06-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
發(fā)動機輔助懸置是用來對變速箱在地面沖擊產生的慣性不平衡力進行附加約束,由于輔助懸置的橡膠軟墊厚度較小,抗緩沖能力不好,主要靠襯套壓縮變形后,桿子的剛性來進行強制限位。輔助懸置主要負責衰減傳動軸系振動對變速箱的影響、增加變速箱位移限位、減小變速箱垂直慣性力在缸體后端面產生的力矩。因此,一個發(fā)動機輔助懸置剛度設計的是否合理,直接影響到整個傳動系的穩(wěn)定運行。
傳統(tǒng)的發(fā)動機輔助懸置剛度計算需要首先測量出傳動系作用在發(fā)動機輔助懸置襯套上的力,再通過應變片測量出輔助懸置杠子的變形,進行剛度計算。但是由于輔助懸置剛性一般比較大,產生的變形值比較小,同時再運動過程中,輔助懸置承受的力時刻變化而且不容易測得,因此用試驗方法計算剛度的方法誤差比較大,而且周期長。
本文以某發(fā)動機輔助懸置為例,闡述了利用 Altair 公司的 HyperWorks 軟件求解發(fā)動機輔助懸置的方法,同時通過設置柔性材料來增加分析的準確度。
2 有限元模型的建立
有限元分析的精度主要取決于用于計算的有限元模型,模型必須如實反映零部件結構的力學特性,所以模型化的基本原則是在硬件可以承受的情況下,盡量細分網格,使有限元模型盡量與幾何模型一致。發(fā)動機輔助懸置總成的幾何模型和扭桿有限元模型如圖 1 和圖 2所示。
由于如果只分析發(fā)動機輔助懸置扭桿,應力和約束都直接加載在剛桿上,必然會導致扭桿的應力集中,大大影響計算的精度。為了消除這些不良因素,本文作者在計算發(fā)動機輔助懸置時,將與扭桿相連的部分橡膠件也做了有限元化處理。同時為了使結果更加準確,將橡膠件的彈性模量 E 設置的比較小,使之可以產生比較大的變形來模擬橡膠件的特性。用于計算的模型如圖 3 所示,材料如表 1 所示,由于剛度計算,只需要知道材料彈性模量 E 和泊松比,因此可以假定一個很小的彈性模量參與計算即可。
3 計算結果
發(fā)動機輔助懸置總成共劃分單元 20907 個,節(jié)點 9772 個。為了計算的準確,輔助懸置扭桿用六面體單元模擬,共有單元 3255 個;輔助懸置安裝支座和橡膠件用四面體單元模擬,有單元 17628 個;螺栓用剛性元和梁元模擬。由于僅計算剛度,因此不用試驗測得實際的載荷,只需要在輔助懸置中間安裝位置施加 1000N 力,來求得輔助懸置扭桿的變形量。圖 4 至圖 7 為輔助懸置總成的應力,變形云圖。表 2 為發(fā)動機輔助懸置變形及剛度計算結果。
4 理論計算結果
其中 mgb(上加橫線)是支承點承受的當量變速箱質量。Xv 是垂直方向的位移控制值。按照我們目前的前后懸置軟墊尺寸,垂直方向位移應控制在 5mm 之內。假設變速箱在該支承點的當量質量按照 85%, 圖 8 輔助懸置理論模型圖垂直加速度在 5g-10g 之間,則計算出:陜齒 9 檔箱重量接近 390kg,當量化后為 331.5kg,考慮動載暫且假設為 350kg。
垂直位移控制值假設為 5mm。按照公式 2 計算出:
當垂直加速度為 5g 時,軟墊垂直剛度為 1750N/mm;
當垂直加速度為 10g 時,軟墊垂直剛度為 3500N/mm;
取個平均值,為 2625N/mm。
同時,我們以前試驗測得的 10N-01030 的剛度值在 2800-3200 之間,相比 2625 N/mm最大增加了 14%,對橡膠軟墊來說差異不大。
由上述理論和試驗計算結果可知,輔助懸置的剛度有限元分析結果 2994N/mm 比理論計算剛度值 2625N/mm 大 14%,而與試驗測量值一致,由此可以確定有限元計算結果比較準確,我們采用的使用柔性橡膠件參與計算來降低應力集中的方案可行,并且可以替代試驗方案。
5 小結
本文通過利用有限元方法便捷的求解發(fā)動機輔助懸置的剛度,并嘗試了使用降低彈性模量的方法來模擬橡膠等非金屬柔性材料,提高了剛度計算的精度,并通過與理論和試驗結果的對比分析,驗證仿真結果的準性。事實證明,有限元法的結果與試驗結果非常接近,因此利用有限元法求解各種復雜結構的剛度,是完全可行的。
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