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悬置支架的NVH性能优化设计

宋立爽

【摘要】利用有限元分析技术对某车型的发动机悬置支架进行了约束模态分析,得

到了发动机悬置支架的第一阶模态频率和振型,并对分析结果进行了评价和分析.为

了满足NVH性能要求,对悬置支架进行了结构优化,并对优化后的支架进行了验证

分析,优化后的悬置支架模态固有频率满足NVH性能要求.

【期刊名称】《机械研究与应用》

【年(卷),期】2019(032)002

【总页数】2页(P141-142)

【关键词】悬置支架;模态;NVH;有限元;优化设计

【作者】宋立爽

【作者单位】河北中兴汽车制造有限公司,河北保定071000

【正文语种】中文

【中图分类】TH122

0引言

发动机是汽车的动力源，也是汽车最主要的噪声源和振动源。发动机的振动如果没

有有效地被隔离开来，就会传到汽车的各个部位，最后到达驾驶员和乘客，从而影

响人的听力和舒适性。动力装置隔振系统的设计是减小发动机振动与噪声的一项关

键技术。隔振装置的隔振效果取决于隔振器的刚度，为了达到良好的隔振效果，支

架的刚度必须要比隔振器的刚度大到一定程度。通常遵循两个标准，一个标准是支

架刚度应该是隔振器刚度的6～10倍，另一个标准是支架的最低模态频率应该在

500Hz以上[1]。

模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态

振型。这些模态参数可以由计算或实验分析取得，其计算或实验分析过程称为模态

分析。计算模态分析即有限元模态分析，是把要分析的结构细分为有限个形状简单

的微小网格单元，再将其综合起来进行近似计算，是在很多领域得到广泛应用的一

种模拟实验技术，属于动态分析有限元方法[2]。

1有限元模型建立

1.1几何模型处理

悬置支架一般为铸件或者钣金件。本文以某皮卡车型的左悬置下支架为研究对象，

对其进行约束模态分析和结构优化，其结构如图1所示。首先，将悬置支架的三

维模型导入到前处理软件中，导入的几何模型可能会存在多余的点、线和面，及细

小几何特征如小的工艺孔、小圆角等。所以，需对导入的几何模型进行相应的几何

清理，去除多余特征、填补缺失几何等。几何清理完成后，要对几何模型进行完整

性检查，检查没有问题后，对支架的进行抽取中面处理。

1.2网格划分

悬置钣金支架的网格单元类型选择四边形壳单元，单元尺寸一般设置为8mm×8

mm，可以根据实际模型的规模，对单元尺寸进行调整。网格划分时，先采用自动

网格划分功能，对几何模型进行初步的网格划分。然后对于网格质量较差的局部区

域，使用手工调整网格功能对网格进行局部质量调整，以提高网格质量。为了保证

分析结果的精确度，网格中所产生的三角形壳单元的比例控制在10%以内。

网格划分完成后，需要对网格质量进行检查，包括网格的长宽比、翘曲度、雅克比、

最小尺寸、三角形单元比例等。同时不允许有重复节点(单元)、自由零部件等；在

零件的边缘处尽量不要有三角形单元；所有网格方向必须一致。

悬置支架各零部件的连接方式主要是焊接。网格划分完成后，根据数模的连接方式，

对各零部件创建连接单元来模拟焊接。

将与悬置支架连接的悬置壳体以集中质量形式施加在其质心位置，并通过刚性单元

与支架上的固定点相连接。

1.3分析方法及边界条件

在常用的有限元分析软件中，一般会提供多种模态提取方法，适用于不同的分析模

型。选择合适的模态提取方法对悬置支架进行模态分析非常重要，直接影响到计算

求解的速度和精度。常用的模态提取方法有：

(1)子空间迭代法，用于求解特征值对称的大矩阵问题。

(2)兰索斯法，收敛速度快，采用稀疏矩阵求解方法。

(3)凝聚法，采用缩减的系统矩阵来求解，比子空间迭代法求解速度快，但是准确

度差一些[3]。

本文采用兰索斯法对悬置下支架进行约束模态分析，在支架与车架连接处施加固定

约束，计算支架的第一阶模态。

2模态分析

2.1计算求解

有限元模型搭建完成后，将支架的有限元模型提交到求解器进行计算分析，得到分

析结果文件。

2.2结果处理

计算完成后，将分析结果文件导入到后处理软件中，对计算结果进行处理。计算得

到该悬置下支架的第一阶模态频率为328Hz，振型如图2所示。悬置支架的第一

阶模态频率低于目标值500Hz的要求，影响悬置的隔振性能，需要对悬置支架进

行结构优化。

图1悬置下支架结构图2支架模态振型图

3优化