基于ansys的汽车发动机悬置系统动力学特性-分析与优化设计

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1、发动机悬置系统动力掌特性分析与优化设计1．1引言第一章绪论随着经济社会的发展和人们生活水平的提高，汽车的舒适性与安全性越来越受到广泛的关注。由路面的不平顺，发动机工作以及悬置支架、传动部件等引起的振动给司机和乘务人员带来了很大程度的不适，利用发动机悬置系统衰减控制汽车振动是进行汽车自主开发创新的重要环节之一。汽车发动机通过发动机悬置系统安装在汽车车架或车身上，悬置系统承受着发动机的质量；在受各种干扰力(如制动、加速等)作用的情况下，悬置系统应能有效地限制发动机的最大位移，以避免与相邻零部件发生干涉；同时，悬置系统应具有良好的隔振作用，尽可能降

2、低发动机和汽车车身之间振动的相互传递ll】。近年来，研究发动机悬置系统的方法多种多样，如传统方法利用的是滚摆轴与打击中心理论111；清华大学周密、侯之超的《基于遗传算法的发动机悬置系统优化设计》采用的是遗传算法团；广西大学陈树勋教授、吴松的《发动机悬置系统模态分析与优化》采用的是基于敏度的优化方法【31，各有特色。本文采用的是利用传统的计算机高级程序设计语言FORTRAN对国际流行的大型通用有限元分析软件ANSYS进行二次开发的方法，通过经典的现代设计方法——负梯度法与黄金分割法相结合的优化方法一的反复迭代寻优，找到问题的最优解，以达到利用悬

3、置元件的缓冲与吸能作用，隔离衰减发动机激励力引起的车架振动和路面随机激励力引起的发动机发动机的振动的目的。发动机悬置系统相关概念发动机悬置系统是指安装在汽车车架上的动力总成和悬置元件构成的系统【31。发动机悬置系统模态分析与优化设计的基本内容包括对发动机、悬置元件和车架的分析研冀动机悬置系统动力掌特性分析与优化设计究。本文中发动机、悬置元件和车架均做等效处理。下图为某型号的发动机悬置系统图。图l-l发动机悬置系统图Figu陀．1-lchartofen西鹏mo明tingsystcm目前使用的悬置可分为几大类：橡胶悬置、液压悬置、半主动式和主动式

4、悬置等。本文分析及计算所采用的悬置元件为硫化橡胶生产的橡胶悬置。【3】统。悬置系统有四点悬置系统和三点悬置系统之分。本文计算所采用的为三点悬置系1．3本文所做工作1．3．1问题的提出汽车发动机悬置系统是为了隔离发动机与车架或者车身之间的振动相互传递而设广西大学硕士掌位葭譬≮发动机悬置系统动力掌特性分析与优化设计置的十分重要的减振降噪装置。为汽车发动机开发出具有良好隔振性能的悬置系统是提高汽车乘坐舒适性和产品竞争能力的重要环节之一，因此它一直是汽车设计开发中的一项重要技术课题。但在我国，许多汽车发动机悬置系统的设计制造二直是个薄弱环节，其隔振性

5、能普遍欠佳，’成为制约国产汽车发展的关键问题之一。【20J在陈树勋教授的带领下，我们曾参观过许多悬置元件生产厂家，如柳州金鸿橡塑有限公司等。经调研发现，这些企业在生产悬置元件的过程中，大多数工作都是靠反复试验完成的、亟需相关的理论指导。目前，汽车发动机悬置系统分析设计理论在国内有了较快的发展，也受到了较高的重视，但很多成果仅局限于理论阶段，没能与企业的实际需求很好地结合起来。鉴于此，本人在陈教授的指导下，吸收前人的研究经验与成果，成功地编制了一套基于FORTRAN语言对ANSYS进行二次开发的汽车发动机悬置系统模态分析与优化设计软件。、一般情

6、况下，可以将发动机视为刚体，各个悬置元件均简化为沿三个主刚度方向(即三个相互垂直方向)上的弹性元件。这样，发动机悬置系统将构成一个空间六自由度系统IzJ，如图卜2所示。图1．2发动机悬置系统简化模型Figure．1—2simplifiedmodeloftlleenginemountingSystem2009年，陈树勋教授指导吴松完成的硕士论文中采用的是自由振动方程对应的数学模型，编制了一套发动机悬置系统分析与优化软件DYN．矗w，该软件完全利用FORTRAN语言编制。为了能对发动机悬置系统进行动力响应分析和隔震率优化，需要按实际情况在发动机悬

7、置系统相应位置上施加激励力，这样就需要利用到ANSYS软件的造型功能和动力响应分析功能。由于真实发动机造型复杂，在ANSYS软件中建造真实的发动机模型需要耗费大量的二l广西大掌硕士掌位论文发动机悬置系统动力掌特性分析与优化设计时间，严重影响到本课题的进度及完成情况；而且往往出于保密考虑，发动机生产厂家并不愿意提供发动机的造型参数，因此本文采用的是在ANSYS软件中建立等效发动机悬置系统的方法，将发动机等效为惯性体和弹性体的复合，悬置元件简化为沿空间三个弹性主轴方向的弹簧，车架视为绝对刚性约束，大大提高了建模效率，‘同时获得了合理的计算结果。1

8、．3．2本文所做工作本文在陈教授指导下完成，具体工作分为以下几个步骤：1、介绍了悬置系统的传统设计理论以及国内外发展现状，以及现代动力学特性分析和优化设计方法；2．