某重型商用車排氣后處理器支架優(yōu)化設計

【摘 ?要】在重型商用汽車的零部件設計開發(fā)過程中，零部件的結(jié)構(gòu)和布置會影響其性能的穩(wěn)定性和整車的產(chǎn)品可靠性，合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以提高車輛的整體質(zhì)量，減少客戶的損失。本文通過對失效的零部件產(chǎn)品進行分析，結(jié)合相關(guān)的CAE分析理論和知識，對零部件的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，從而達到提高產(chǎn)品性能的目的。

【關(guān)鍵詞】重型商用汽車;零部件;結(jié)構(gòu);CAE;失效

近年以來，隨著重型商用車的逐步發(fā)展，消費者對其相關(guān)的性能要求也越來越高，節(jié)油環(huán)保、輕量化、高可靠性和高顏值等逐漸成為用戶看中的選擇點。因此，如何保證產(chǎn)品的高可靠性，成為商用車整車廠必須要重點研究的方向。本文通過對以往的零部件失效案例進行分析，運用CAE分析等手段，對其進行優(yōu)化，通過相關(guān)的試驗手段，對零部件進行檢驗驗證，以保證零部件的高可靠性。

一、問題描述

某商用車后處理器的支架在可靠性壞路試驗驗證時出現(xiàn)斷裂（如圖1）的現(xiàn)象。經(jīng)過對斷裂實物進行結(jié)構(gòu)分析;零部件在開裂的部位存在結(jié)構(gòu)不合理和制造加工不合理等問題。在應力集中的部位，制造加工時未按要求倒圓角，同時應力集中的部位過于靠近加工倒圓角的位置和焊縫結(jié)束點，當加工和焊接有缺陷時，極易造成斷裂，影響車輛的可靠性。

二、整改分析

通過對失效斷裂的支架實物進行核查和CAE分析，支架斷裂的位置為CAE分析的最大受力點（見圖2）。根據(jù)《汽車零部件振動試驗方法》，在7G最大加速度的CAE分析條件下，最大受力位置的應力值卻可以滿足最大的應力要求。在此情況下，分析時不可只單看最大受力值是否滿足要求，此時實物的加工狀態(tài)和焊縫結(jié)束點的位置應成為最主要的考量點。

綜合以上分析可知：1、最大應力點需要分布在規(guī)則的區(qū)域，不可分布于加工倒圓角區(qū)域;2、焊縫結(jié)束點的位置不可位于支架失效斷裂的位置和最大應力點的位置。

三、優(yōu)化設計

對該支架的長方形搭接板子零件進行優(yōu)化，改為折彎板（見圖3），此時焊縫結(jié)束點的位置已經(jīng)不再是倒圓角的位置、上次的斷裂位置及最大應力點位置。同時進行有限元CAE分析，檢驗最大應力點是否在規(guī)則的區(qū)域范圍（見圖4）：

通過CAE分析可知：在更改了焊縫位置和將搭接板改為折彎板之后：1、最大應力點的位置已經(jīng)分布在規(guī)則的區(qū)域;2、焊縫結(jié)束點的位置已經(jīng)不位于支架失效斷裂的位置和最大應力點的位置。最大應力值也滿足要求，此時CAE分析的結(jié)論滿足整改要求。

四、試驗驗證

在CAE分析滿足整改要求后，需對改進的支架進行臺架試驗，參照Q/LQB C-93-2011《汽車零部件振動試驗方法》：

振動的加速度和試驗的時間要求：1、加速度：上下方向按±70m/s2，前后、左右方向按±45m/s2;振動時間：上下方向4小時;前后和左右方向各2小時。

2、共振點檢測及試驗：按裝車要求安裝好試驗樣件，然后進行共振點檢測，如有共振則在共振點頻率進行振動試驗;

3、無共振點試驗：如無共振點振動頻率按33Hz進行振動試驗。

在經(jīng)過臺架試驗之后，該改進的支架無明顯裂痕和變形等現(xiàn)象。臺架試驗滿足零部件振動試驗要求。

改進的支架需在相關(guān)車型上小批裝車驗證：將該支架在50臺相關(guān)車型上裝車使用，運行使用一年，無明顯售后斷裂的反饋。至此可知，支架可以滿足高可靠性的要求。

五、結(jié)束語

本文通過對失效的零部件進行實物分析，最后發(fā)現(xiàn)支架的結(jié)構(gòu)不合理、焊縫不合理和制造加工不合理是導致支架斷裂失效的直接原因，找出了問題所在。并通過CAE分析手段，得出如何改進支架和支架改進后是否滿足改進的要求。再通過相關(guān)的試驗手段驗證改進后的支架，得出設計一個高可靠性零部件的相關(guān)方法和驗證方法，具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]曾攀。有限元分析及應用[M].北京：清華大學出版社，2004;

[2] Q/LQB C-93-2011《汽車零部件振動試驗方法》;

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：

姜育開（1987-），男，廣西貴港人，助理工程師，本科，研究方向：商用車排氣系統(tǒng)。

（作者單位：東風柳州汽車有限公司）