某新能源汽车真空泵支架振动强度分析与优化

邹宾兴

（江铃汽车股份有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330052）

1 引言

真空泵是车辆制动系统的关键部件，其为车辆提供刹车助力，对车辆的制动性能和安全性能具有较大影响。真空泵支架将真空泵固定在车辆纵梁中段，其激励源主要来自路面，其振动强度性能的优劣直接关系到车辆的安全性。为了验证某新能源汽车真空泵支架的振动强度性能是否满足设计要求，基于Hypermesh 软件和Nastran 软件对其进行频率响应分析，获取其振动强度应力，并采用Isight 集成平台对其进行优化分析，得到最优的结构参数。

2 建立真空泵支架有限元模型

采用Catia 软件建立车辆纵梁、真空泵及其支架的三维模型，再采用Hypermesh[1,2]软件抽取车辆纵梁与支架的中面，并对中面和真空泵本体的表面进行几何清理。为了提高分析精度，采用3mm 的Mixed 单元对它们进行网格离散化处理，螺栓周围建立两圈规整的壳四边形单元，确保不出现畸形单元，各个零部件之间的螺栓连接采用RBE2 单元模拟，以此建立真空泵支架有限元模型，如图1 所示。真空泵支架的材料为Q235，其弹性模量为21000MPa，其泊松比为0.3，其密度为7800kg/m3，其屈服强度为235MPa，其抗拉强度为375MPa。

图1 真空泵支架有限元模型

3 振动强度分析

图2 真空泵支架X 方向的频率-应力曲线

图3 真空泵支架Z 方向的频率-应力曲线

图4 真空泵支架Z 方向的应力云图

为了验证该真空泵支架的振动强度性能，基于真空泵支架有限元模型，在车辆纵梁两端分别施加X方向1.0g加速度、Y 方向1.0g 加速度和Z 方向2.0g 加速度，以此采用Nastran软件[3]对其进行频率响应分析，得到真空泵支架在X、Y 和Z方向的频率-应力曲线。如图2 所示，为真空泵支架X 方向的频率-应力曲线。由图2 可知，当激励频率为37.3Hz 时，其X 方向的最大应力值为8.8MPa，低于材料许用应力，满足设计要求。其应力集中点位于支架的折弯过渡处。当激励频率为37.3Hz 时，其Y 方向的最大应力值为24.5MPa，小于材料许用应力，满足设计要求其应力集中点位于支架的螺 栓处。如图3 所示，为真空泵支架Z 方向的频率-应力曲线。由图3 可知，当激励频率为37.3Hz 时，其Z 方向的最大应力值为255.4MPa。如图4 所示，为真空泵支架Z 方向的应力云图。由图4 可知，真空泵支架Z 方向的应力集中点位于其加强筋处，超过材料屈服强度，不符合振动强度性能要求。

4 优化分析

为了降低真空泵支架的应力，应提升局部的刚度性能。采用Isight 软件[5]集成Hypermesh 软件和Nastran 软件对真空泵支架的厚度参数进行优化分析。优化之前，其厚度为2.5mm，优化之后其厚度为3.2mm。

采用最优参数重新对其进行频率响应分析，如图5 所示，优化之后真空泵支架Z 方向的应力云图。由图5 可知，优化之后真空泵支架的应力水平降低至190.3MPa，减少了25.5%。优化之后，其X 方向和Y 方向的最大应力分别为6.4MPa 和19.5MPa，均小于其材料屈服应力，满足振动强度设计要求。

图5 优化之后真空泵支架Z 方向的应力云图

5 结论

基于Hypermesh 软件建立某新能源汽车真空泵支架有限元模型，在纵梁两端加载振动激励，对其进行频率响应分析，其Z 方向的应力值大于材料许用应力，不满足振动强度要求。采用集成平台对其厚度进行优化分析，得到其最优厚度值，优化之后其X、Y 和Z 方向的应力值均低于材料屈服，符合设计要求，能够有效降低故障率，提供产品的可靠性。