某汽车动力总成橡胶悬置疲劳整改
动力总成悬置系统重要功能之一是动力总成支撑和定位的作用。根据整车空间及减振的需要，发动机被支撑在几个悬置上，在发动机本身振动和外界作用力驱动下，发动机和底盘之间存在着相对运动。因此悬置系统具有控制发动机相对运动和位移的功能，使发动机始终保持在相对稳定和正确的位置上，而不能让发动机在各方向运动中与底盘、车身上的零件产生干涉和触碰。对于悬置系统而言，其疲劳性能的好坏对整车性能影响极大，越来越受到人们的关注。橡胶悬置的疲劳破坏形式以橡胶主簧失效居多，因此橡胶主簧的疲劳对整个悬置系统的寿命起着决定性的作用。今年来随着有限元技术的不断成熟，用有限元法来分析橡胶材料的疲劳破坏被各国学者广泛采用。某动力总成橡胶悬置在台架疲劳中出现橡胶主簧断裂现象，如图1所示。由图可知，橡胶主簧断裂处位于主簧下侧圆角处。此悬置台架疲劳要求在特定的疲劳工况及特定的试验频率下，橡胶主簧40万次不出现裂纹，但是试验悬置在27万次时失效，出现橡胶主簧断裂现象。
2失效悬置有限元分析
2.1模型描述
此悬置为某汽车动力总成前悬置，悬置外管与动力总成侧支架固连接，悬置芯子与车身侧支架固连接，如图2所示。
图2悬置装车边界
2.2悬置结构有限元模型
橡胶材料的弹性特性表现为超弹性行为，其具有某种形式的应变能函数，可通过该应变能函数推导出应力-应变关系。根据不同的应变能函数可得到各种不同的橡胶超弹性本构模型。由于ABAQUS拥有丰富的橡胶超弹性本构模型、较强的非线性与接触计算功能，故采用ABAQUS软件对此悬置进行有限元分析。本文的橡胶超弹性模型采用Mooney-Rivlin模型，通过橡胶材料试验获得其模型参数；网格采用C3D8RH（一阶六面体缩减杂交单元）类型单元。
为模拟实际悬置的真实边界，在ABAQUS中对悬置进行简化处理，即只生成悬置橡胶主簧的网格，通过约束悬置橡胶主簧外侧（外管硫化）单元节点6个方向自由度来模拟悬置橡胶主簧约束边界，在悬置弹性中心点建立与悬置橡胶主簧的内侧（与芯子硫化处）单元节点的Coupling来模拟加载区域，如图3所示。
图3悬置有限元建模
此动力总成悬置系统为四点支撑结构，发动机侧悬置、变速箱侧悬置及前后悬置，作为前悬置，主要考虑其主方向X和Z向的刚度。本文主要考虑其Z向的刚度要求。
在ABAQUS软件中计算得到失效悬置Z向刚度曲线如图4所示。在悬置线性段，Z向力-位移曲线测试值、计算值与目标值吻合较好；由于在大位移下橡胶主簧发生较大变形，网格变形严重，计算不易收敛，故一般计算出悬置的拐点即能得出悬置的非线性特性。将悬置测试、计算与目标线性段静刚度分别为71N/mm，65N/mm与68N/mm，可知计算值和目标值的误差控制在10%以内。
图4失效悬置力-位移曲线
在失效悬置Z方向加载疲劳工况载荷力（拉压载荷），找出主簧最大应变集中处的应变，如图5所示。
图6新老悬置结构对比
对新结构悬置按照前述有限元边界与材料本构计算其静刚度，其结果如图7所示，因橡胶主簧结构未做调整，新结构悬置线性阶段刚度值没有太大变化，通过更改+Z向限位块，+Z向刚度曲线拐点靠后了，比老结构更靠近目标值。
图7新结构悬置力-位移曲线
图8新悬置应变分析结果
4结论
通过对汽车动力总成某失效悬置与新结构悬置有限元计算、疲劳测试结果对比分析，可以得到以下结论：
(1)在悬置设计初期可采用ABAQUS对其静刚度进行计算，并且计算值与测试值具有良好的一致性，两者误差在工程可接受范围内；
(2)在悬置疲劳预测与整改过程中可采用ABAQUS计算悬置在实际疲劳载荷下的应变，其计算的应变值与实际零件疲劳次数具有较强的一致性。
参考文献
[1] 潘孝勇，柴国钟，上官文斌，叶必军.橡胶减振件的静态特性计算方法研究[J].振动、测试与诊断,2009
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首次发布时间：2023-04-13
最近编辑：1年前
硕士
28年汽车行业从业经验，深耕悬置...
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