汽車懸置支架開裂分析及優(yōu)化

李立波，白龍

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車懸置支架開裂分析及優(yōu)化

李立波，白龍

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

發(fā)動機(jī)懸置支架是汽車中的重要安全部件，其強(qiáng)度、剛度以及工藝十分關(guān)鍵。針對一款車型懸置支架的開裂問題，進(jìn)行系統(tǒng)的分析排查，通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計的CAE分析、故障件金相分析、焊接工藝的確認(rèn)，確認(rèn)問題的主要原因，有針對性的進(jìn)行整改驗證，通過道路強(qiáng)化驗證，滿足設(shè)計設(shè)計要求。這些設(shè)計經(jīng)驗，對于指導(dǎo)后期懸置設(shè)計及制造有著積極的意義。

發(fā)動機(jī)懸置支架；強(qiáng)度分析；優(yōu)化設(shè)計

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

懸置支架是動力總成懸置系統(tǒng)中核心的支承部件，懸置支架的可靠性直接影響到整個動力總成的匹配安全；由于動力總成及底盤系統(tǒng)受力及運動的復(fù)雜性，對于目前懸置系統(tǒng)支架的可靠性開發(fā)，重要的驗證方法就是強(qiáng)化道路的可靠性驗證；針對可靠性出現(xiàn)的問題，主要的解決方法是通過增加沖壓件料厚、增加加強(qiáng)筋等加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行強(qiáng)化。本文針對一款車型的懸置支架開裂問題，進(jìn)行CAE結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、焊接工藝確認(rèn)、故障件的金相分析，完成懸置支架的優(yōu)化，解決懸置開裂問題，為后期懸置系統(tǒng)的開發(fā)積累經(jīng)驗指導(dǎo)。

1 、懸置支架開裂故障

根據(jù)道路可靠性驗證，強(qiáng)化路10427km(折合普通公路156405km)懸置支架出現(xiàn)開裂，具體如下：

根據(jù)對故障件的具體失效模式及實物進(jìn)行確認(rèn)，并進(jìn)行故障原因的分析，重點從理論設(shè)計 、焊接工藝、金相分析等方面進(jìn)行分析確認(rèn)，具體如下。

2、懸置支架理論分析確認(rèn)

根據(jù)整車數(shù)模及懸置布置，建立有限元模型，約束全部自由度，在forward vertical down & leteral left loading（最惡劣工況）工況下，左右前懸置的Z方向分別施加大小相等方向相反的載荷（載荷為±2565N），邊界條件如圖4所示。

表2 施加邊界條件

根據(jù)建立CAE分析模型，并進(jìn)行計算分析，重點進(jìn)行焊縫處分析確認(rèn)，根據(jù)分析結(jié)果，相關(guān)四條焊縫處的應(yīng)力均小于40MPa，遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力，安全系數(shù)達(dá)到9；應(yīng)變?yōu)?；根據(jù)分析結(jié)果，懸置支架在焊縫開裂處不存在應(yīng)力集中，設(shè)計不存在風(fēng)險。

表3 有限元分析結(jié)果

3、懸置支架開裂部位金相分析

根據(jù)以上對懸置支架的結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)果，懸置支架安全系數(shù)滿足設(shè)計要求，為進(jìn)一步確認(rèn)失效的原因，對于焊縫開裂處的母材、焊接開裂部位進(jìn)行取樣，組織開展金相分析，確認(rèn)裂紋的具體分布、母材材質(zhì)焊接后相變、焊接工藝合理性等，準(zhǔn)確的判斷焊接裂縫、夾雜物、氣孔、未焊透等缺陷。

針對故障件，組織取樣，分析如下：

通過金相分析，母材組織鐵素體+珠光體鐵素體晶粒度10級，正常，焊縫組織為柱狀的鐵素體魏氏組織+珠光體，鐵素體晶粒度1級，粗大；裂紋存在于焊縫尖角應(yīng)力集中處；焊縫處無其他缺陷；支撐板和加強(qiáng)板之間搭接焊接間隙不均勻，未達(dá)到圖紙要求0-2mm要求。

4、整改驗證

根據(jù)以上分析，懸置支架失效的主要原因是支撐板、加強(qiáng)板之間間隙未達(dá)到設(shè)計要求，焊縫組織晶粒粗大；針對以上分析結(jié)果，調(diào)整優(yōu)化支撐板、加強(qiáng)板模具及焊夾具，確保焊接縫隙滿足0-2mm設(shè)計要求，同時優(yōu)化焊接電流，提升焊接質(zhì)量。

整改件組織進(jìn)行可靠性驗證，經(jīng)過1.2萬強(qiáng)化路驗證，懸置支架未產(chǎn)生開裂失效，有效解決了懸置開裂問題。

5、結(jié)論

通過以上有限元CAE理論分析和金相試驗結(jié)果，表明致裂懸置支架開裂失效的主要原因是母材搭接縫隙不滿足設(shè)計要求，焊縫鐵素體晶粒粗大，導(dǎo)致在高強(qiáng)度試驗過程中，焊縫受到連續(xù)沖擊，在應(yīng)力連續(xù)作用下，金屬基體與焊縫處產(chǎn)生裂紋，隨著試驗的開展，裂紋逐步擴(kuò)大，導(dǎo)致懸置支架失效。

通過以上分析優(yōu)化，明確了失效的具體原因，在懸置支架開發(fā)的過程中需要進(jìn)行理論計算分析，同時也必須對工藝進(jìn)行確認(rèn)，保證開發(fā)部件能夠符合設(shè)計的目的，為后期相關(guān)部件的開發(fā)積累有效的經(jīng)驗。

[1] 孫靖民，梁迎春．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

[2] 陳祝年．焊接工程師手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：213—216.

[3] 姜莞，史文庫，滕騰，等．基于有限元方法的發(fā)動機(jī)懸置強(qiáng)度改進(jìn)設(shè)計．汽車技術(shù)，2011；(1)：20—24.

Analysis and Optimization of engine mounting bracket

Li Libo, Bai long
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Engine mounting bracket plays an important role in the truck，and it's strength , stiffness and welding technics are even more critical. Aimed at the crack failure of engine mounting bracket, the analysis was accomplished. According to CAE analysis of structure design, metallographic structure and welding technics, the main reasons was verified. The test results of showed that the optimized engine mounting bracket was accorded to design. The experience of design have positive meaning to design and manufacture in the future.

engine mounting bracket; strength analysis; Optimal design

U463.3

A

1671-7988(2015)03--

李立波，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。