发动机前安装支架是安装在发动机前端的重要零件，具有承担把发动机总成安装在悬置上的功能。如果使用过程中发动机前安装支架发生断裂或者失效等情况，将会对发动机产生灾难性的后果。因此在设计发动机前安装支架时，一个重要的设计要求就是保证其结构的强度。某新车型由于机舱布置的需要，将发动机位置进行了移动，并重新设计了发动机前支架。利用有限元分析方法，对发动机前支架进行了强度分析，并对初始设计方案进行了结构改进，最后通过样车的道路耐久试验，验证了改进结构的有效性与可靠性。
      发动机前支架初始设计结构，如图所示，前支架通过3个悬置安装孔与悬置连接，通过1个发动机缸盖左安装孔和2个右安装孔连接到发动机上。前支架采用6mm厚的SAPH440钢板，经冲压成型后焊接形成，并且表面进行电泳处理。使用刚性元和梁单元模拟螺栓，基本单元尺寸为2mm的10节点4面体单元对支架进行模拟。利用线弹性材料本构模型模拟前支架钢材，其中材料的弹性模量为2.1Xe5MPa，泊松比为0.3。使用刚性元连接前支架和加载点，在前支架与橡胶悬置连接中点加载。图示出建立的前支架有限元模型，其中节点数为273509，单元数为1656800与以往车型相比，该新车型的机舱布置使得前支架承受更多的垂向载荷，因此文章重点对前支架的垂向承载强度进行分析。
      首先在加载点施加垂直向下(z向)的载荷，载荷大小为1000N。然后根据线弹性理论，利用计算得到前支架可以承受的极限载荷(Fmax)。计算得到的Fma、应该大于测试或计算得到的前支架上实际承受的最大载荷。此处利用多体动力学仿真技术，使用MSC.ADAMS软件计算得到前支架使用中承受的最大载荷。建立的动力总成一悬置系统的多体仿真模型，如图所示，模型由动力总成和悬置组成。动力总成的惯量特性参数由三线摆测得，悬置参数包括悬置刚度、阻尼和悬置安装角度等，其中悬置刚度参数应考虑橡胶悬置的位移非线性。
      在仿真计算中，对动力总成-悬置系统进行了28种工况分析，包括前后部分油门以及全油门工况、8km/h前后碰撞工况、垂直上下跳极限载荷工况、纵向和横向极限载荷工况以及一些复合工况。利用有限元求解器OptiStruct9.0，对图中的有限元模型进行计算，得到发动机前支架的应力分布云图，如图所示。从图可以看到，前支架最大应力为291.9MPa，位于连接悬置的螺栓孔，支架与发动机连接侧板的圆角处应力也较大，为218.1MPa。前支架材料的抗拉强度为410MPa，由式可得，Fmax=1405N，小于上述28种工况多体仿真计算得到的多个载荷，表明前支架初始设计结构存在强度问题，需要进行结构优化与改进。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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