乘用车消声器固定支架耐久性优化设计

摘要：文章以提高某款乘用车排气一级消声器固定支架使用寿命为例，通过对支架的材料、厚度、槽型梁结构的分析；结合实车具体情况进行优化，提升支架的使用寿命。通过HyperWorks验证支架的应力集中情况和位移大小，理论验证该方案的可行性。通过路试试验，实车验证了该方案的效果，结果表明：排气系统一级消声器支架优化有效。

关键词：消声器支架；槽型梁；HyperWorks；应力集中；路试试验

引言

目前，国内外对支架类的设计分析已开始关注，但仅针对主要针对整车一级件，对消声器支架这类二级件或者三级件关注较少。消声器支架作为系统二级件，连接消声器和和车体，焊接在管路上，伴随整车振动，影响整车舒适性[1]。因此，消声器支架的合理性设计有必要作为一种新的论题，进行全面的探讨。本文基于某轿车排气一级消声器支架使用寿命的优化设计，通过改变支架的结构、厚度和材料来制作理论模型[2]，进行HyperWorks强度分析[3]，得出提升支架使用寿命的理论方案；制作手工样件，装车进行30000km可靠性路试试验，验证该方案的效果，最终得出一种优化排气一级消声器支架使用寿命的方案，彻底解决消声器支架断裂问题，从而提升排气系统耐久性。

1问题及分析

某轿车进行整车道路可靠性试验过程中，在总里程21000km（强化路10000km）排气一级消声器支架出现断裂。对故障件进行原因分析如下：

1.1支架本身质量问题支架外表，无明显外力磕碰痕迹，厚度和焊接工艺满足设计要求[4]；支架材料和性能检测，与设计状态相符；初步判断来件质量没有问题。

1.2吊耳缓振能力不足设计目标值：怠速最大振动加速度：≤0.03g；吊耳隔振率(dB)：≧10；试验部试验数据见表1：通过表1可知，吊耳缓振能力满足NVH性能指标[5]。

1.3支架断裂处应力集中，强度无法满足耐久性要求依据故障发生里程（故障里程：21000km），初步判断断裂主要原因是支架断裂处应力集中，无法满足耐久性要求[6]。因周边件间隙原因，支架结构无法做较大变动，为增加支架耐久性能，初步方案为改变支架的材料（材料由Q235变为SAPH440）、增加支架的厚度（由初始状态的1.8mm增加至2.5mm）[7]。

2改进前一级消声器固定支架强度分析

对原方案进行CAE强度分析，确认支架断裂的原因。约束条件：支架两侧吊钩位置全约束，与一级消声器进气管连接位置自上而下施加2kN的力。

2.1支架数模和FE模型分别见图1和图2

2.2CAE过程分析位移和应力云图分别见图3和图4

2.3CAE分析结果见表2由表2可知：支架所受的最大应力值大于材料的屈服极限，该设计方案不满足设计要求[8]。支架断裂的原因为支架断裂处应力集中，无法满足耐久性要求。

3改进后一级消声器支架强度分析

对改进后方案进行CAE强度分析，确认改进后方案是否满足设计要求。约束条件：吊挂两侧吊钩位置全约束，与一级消声器进气管连接位置自上而下施加2kN的力。

3.1吊挂数模和FE模型分别见图5和图6

3.2CAE过程分析位移和应力云图分别见图7和图83.3CAE分析结果见表3由表3可知：支架所受的最大应力值小于材料的屈服极限，方案满足设计要求。

430000公里可靠性路试验证

由表4可知：30000公里可靠性路试验证合格，该设计方案满足设计要求[9]。

5结论

通过对改进前后一级消声器支架CAE强度分析和可靠性路试的对比，可知如下：（1）改进后一级消声器支架强度满足设计要求，最大应力值下降了7.1MPa，最大位移值下降了0.31mm；（2）改进后一级消声器支架30000km路试满足试验要求，从试验数据可知，支架耐久性能是优化前的两倍以上；依据此结论，最终采用此改进方案，并成功解决了一级消声器支架断裂问题。

参考文献

[1]文维信.汽车设计[M].北京清华大学出版社.2001.

[2]刘百丽,辛晓鹰.发动机悬置支架故障分析及改进设计[J].汽车实用技术.2013.

[3]张胜兰,郑东黎等.基于HyperWorks的结构优化设计技术[M].北京-机械工业出版社.2002.

[4]纪荣荣,张丽,姚慧丽等.汽车蓄电池支架设计[J].汽车工程师.2014.

[5]刘强,陈志坚,范名琦,陈剑飞.高温屈服极限对高强钢焊接变形及残余应力影响的仿真研究.电机械.2012.

[6]商冬梅.汽车发动机停车振动现象及解决方案[J].技术研发.2014.

[7]孔凌嘉,王晓力.机械设计[M].北京理工大学出版社.2006.

[8]杨伯源.材料力学I[M].北京-机械工业出版社.2002.

[9]赵辰君.轻卡空调冷凝器可靠性失效问题的研究与改善[J].科技向导.2014.

作者：张利 吴孟兵 胡光辉 何延刚 杨德银 麻金贺 段何涛 单位：安徽江淮汽车集团股份有限公司