模型载荷

发动机、离合器、变速箱、前支撑组成的动力总成通过减振垫安装在整车车架上，在模拟计算过程中，不考虑打火产生的作用力，假设发动机打火产生的力可以被减振垫完全吸收。前支撑上除了连接螺栓的预紧力和自重以外，其受力主要来自于由于路况不同而产生的颠颠，表现为发动机上、下、前、后、左、右六个方向上的振动，该激振力以大小不同的载荷加载在模型上，在FEA模拟计算中这个激振力用加速度来体现。即，在有限元模拟计算时，利用加速度来体现发动机所受载荷。

表1给出发动机在不同应用情况下，在进行模拟计算时，各方向上的加载情况。在进行计算之前，设计工程师需与主机厂沟通，明确发动机应用情况，用来确认FEA分析时，模型上所加载载荷的方向和大小。在进行本例模拟计算前，确定了整车为道路用车辆，即上下前后左右的载荷分别为:+6g、-4g+49g-49g+2g-29g

模型载荷

在完成FEA计算之后，用下面的条件来衡量这个模型是否通过FEA计算:

(1)模拟结果的零件应力需小于材料的许用应力;

(2)疲劳寿命大于250000次。

如果以上条件不能满足，即零件内部应力大于材料许用应力，或者疲劳寿命较低，则在实际中这种前支撑易产生失效。此时，需要考虑更高强度的材料或更改局部结构，再次进行FEA计算，直到以上条件通过为止。

边界条件和网格

本实例采用的模拟软件为ANSYSworkbench，为了较为准确地模拟前支撑的应力情况，本文采用前支撑、发动机、飞轮壳、变速箱为一体的计算模型。在进行模拟计算时，绑定缸体、飞轮壳和变速箱，设定缸体和前支撑、前支撑和减振垫为摩擦接触，螺栓的约束为预紧力绑定。

为了缩短计算时间，将缸体、变速箱、飞轮壳做模型简化。为了保证模拟精确，适当加密了前支撑、螺栓连接处、接触面的网格。指定缸体网格为4Omm，接触面网格为1Omm，前支撑网格为6mm。图3为有限元计算模型，网格数102220个。

　　
模拟计算时，选用的前支撑材料为QW5O-10，缸体、变速箱和飞轮壳的材料为HT5O，材料特性见表2。

图4给出了不同方向不同载荷下，前支撑的有效应力分布情况。从应力结果来看，前支撑整体应力小于材料的屈服强度，即满足2.5中判定条件1。在前支撑与发动机和整车车架连接的螺栓处应力较大，这是由于网格密度和预紧力约束等的影响，螺栓处的应力在分析前支撑模拟结果时可以忽略。如果是针对螺栓的设计，则在FEA模拟计算时，需要加密网格，考虑螺栓约束方式等。

从应力结果中可以看出，前支撑与整车连接处应力较大，这是由于整车在运动过程中，由于颠颠振动，被悬置的发动机对前支撑施加作用力，造成前支撑和发动机连接处、前支撑和车架连接处应力较大，说明在整车行使过程申该处变形较大。远离8个连接螺栓，应力逐渐减小，说明在整车运动过程中变形逐渐减小。

比较图4(a)-4(f)可以看出，图4(a)，即载荷方向向上大小为6g时，发动机前支撑的应力分布最为恶劣，这是由于此时整车的工况最为恶劣，因此造成应力比其它方向上的应力要大。

图5给出了不同方向不同载荷下，前支撑的疲劳寿命情况。忽略螺栓连接处的疲劳寿命，整个前支撑的寿命大于250000次，满足2.5中的判定条件2，因此疲劳寿命满足要求。

结论

(1)本文以某型号重载发动机前支撑为例，给出了前支撑模型建立的方法，为后续分析奠定了基础，也为其它支撑的设计提供了参考。

(2)采用ANSYS软件进行有限元计算，得到了前支撑的应力分布和疲劳寿命情况，前支撑与发动机和整车连接处应力较大，远离连接处应力逐渐越小。当发动机向下颠魏加速度为69时，前支撑和整车与连接螺栓孔处的应力分布最为恶劣。

(3)本文所选取的边界条件和研究方法，包括边界条件和路况加载载荷具有较好的通用性，有一定的实际指导意义。

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