顏京才，張化朝，李國鵬

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

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CAE在汽車制動器罩殼設(shè)計中的應用

顏京才，張化朝，李國鵬

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

摘 要：汽車制動器罩殼設(shè)計狀態(tài)的模態(tài)往往要求第一階高于60HZ，否則容易與系統(tǒng)及外界激勵發(fā)生共振現(xiàn)象?，F(xiàn)以某車型前制動器罩殼為例進行模態(tài)分析及形貌優(yōu)化[1]-[2]，提高罩殼的第一階頻率。

關(guān)鍵詞：制動器罩殼；模態(tài)分析；形貌優(yōu)化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.026

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-124-02

前言

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，市場競爭的不斷加劇 ,CAE技術(shù)在提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量過程中的重要作用越來越被人們所認識 。通過先進的CAE技術(shù)，可以幫助工程設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計定型或生產(chǎn)之前預測、仿真和提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量，降低設(shè)計成本，節(jié)約資金，縮短產(chǎn)品投放市場的時間，提高競爭能力[3]，本文根據(jù)某車型多臺試驗車前制動器罩殼斷裂實例（如圖1），借助CAE仿真手段，對汽車制動器罩殼進行優(yōu)化，提高罩殼一階模態(tài)并減小應力。

圖1 某車型制動器罩殼斷裂照片

1、仿真模型建立

使用有限元處理軟件HyperMesh建立制動器罩殼有限元模型，使用Abaqus軟件進行分析。建立罩殼有限元模型，約束罩殼實際安裝面的六個自由度，進行約束模態(tài)分析，提取前20階模態(tài)頻率。

表1 制動器罩殼的材料屬性

圖2 制動器罩殼數(shù)模和有限元模型

制動器罩殼仿真模型如圖2所示，制動器罩殼材質(zhì)為常用的Q195，其材料屬性如表1所示。

制動器罩殼的CAE分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 制動器罩殼一階應力及前20階模態(tài)分析結(jié)果

其應力云圖如圖4所示，制動器罩殼結(jié)構(gòu)存在設(shè)計缺陷，斷裂就發(fā)生在壓力集中位置。

圖4 制動器罩殼應力云圖

從分析結(jié)果中可以看出制動器罩殼第1階模態(tài)為41HZ，容易與地面或發(fā)動機激勵發(fā)生共振，且第1階模態(tài)最大應力位于安裝孔附近，與實件斷裂位置一致，車輛行駛一段時間后，制動器罩殼從安裝孔位置產(chǎn)生疲勞斷裂，從而發(fā)生異響，造成顧客抱怨。尤其是在路況較差的非鋪裝路面行駛幾萬公里后，此問題更易發(fā)生。

2、制動器罩殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖5

圖6 制動器罩殼優(yōu)化前后對比示意圖

通過以上分析可以確定罩殼斷裂的主要原因是罩殼模態(tài)頻率偏低且模態(tài)應力過大，需進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過分析結(jié)果可以看出罩殼沖壓孔及凸起平臺部位應力較大，為提高其剛度對原罩殼數(shù)模增加加強筋、罩殼邊緣翻邊、填補減重孔。然后利用形貌優(yōu)化技術(shù)，對局部區(qū)域進行形貌優(yōu)化，設(shè)計沖壓形貌優(yōu)化變量，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，提高一階模態(tài)頻率。這里對加強筋進行控制，設(shè)置筋下部最小寬度8mm、拉伸角度60°、拉伸高度8mm（如右圖）[4]，優(yōu)化結(jié)果顯示罩殼固有頻率提高到了99HZ，比優(yōu)化前提高58HZ，同時振動應力降低到了95MPa，比優(yōu)化前降低57 MPa，優(yōu)化效果明顯。罩殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后數(shù)模如圖6所示。

罩殼優(yōu)化前后應力分析結(jié)果如圖7所示：

圖7 制動器罩殼優(yōu)化前后應力分析對比

罩殼優(yōu)化前后模態(tài)分析結(jié)果如圖8所示(前五階)：

圖8 制動器罩殼優(yōu)化前后模態(tài)分析對比

3、結(jié)論

通過對優(yōu)化前后制動器罩殼CAE分析：優(yōu)化前最大應力152MPa，接近材料(Q195)的屈服強度（195MPa），長時間行車易造成疲勞斷裂。優(yōu)化后最大應力95MPa，比優(yōu)化前減小57MPa，降幅達37.5%；一階模態(tài)由優(yōu)化前41HZ提高到了99HZ，增幅達141%，優(yōu)化效果明顯。經(jīng)實車驗證，優(yōu)化后的制動器罩殼經(jīng)過五萬公里顛簸路試驗，無變形、斷裂等情況發(fā)生，達到設(shè)計要求。

4、小結(jié)

運用CAE模態(tài)仿真分析方法，發(fā)現(xiàn)制動器罩殼薄弱位置，通過分析薄弱位置的形狀，做出增加強度的方案，從而提高一階模態(tài)，降低應力。從設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)制動器罩殼結(jié)構(gòu)缺點并進行優(yōu)化，使制動器罩殼達到使用要求。

參考文獻

[1] 姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通大學出版社,2008.

[2] 李國豪,石洞.公路橋梁荷載橫向分布計算[M].北京:人民交通大學出版社,1984.

[3] 秦瑞芬.CAE技術(shù)在工程技術(shù)中的應用[J].直升機技術(shù) ,2000,(3). [4] 康少峰,郝君起.制動器罩殼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].科技信息,2014,(6).

CAE application for vehicle dust cover design

Yan Jingcai, Zhang Huazhao, Li Guopeng
（R&D Center of Great Wall Motor Company., Automotive Engineering Technical Center of HeBei, HeBe baoding 071000）

Abstract:At dust cover’s first order modal shall above 60HZ under design phase, otherwise it will be easily cause resonance with other parts. Here is an example: we will do modal analysis and shape optimization, increase front brake dust cover’s first order frequency for a certain vehicle.

Keywords:brake dust cover; modal analysis; shape optimization

作者簡介：顏京才，就職于長城汽車股份有限公司底盤研究院，學士學位，助理工程師，汽車制動系統(tǒng)設(shè)計。

中圖分類號：U463.5

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-124-02