1  概述

    汽車工業是國民經濟發展的支柱產業之一。現代汽車正由一個單純交通工具朝著能滿足人類需求和安全、舒適及無污染的方向發展。汽車傳感器作為汽車電子控制系統的信息源，是汽車電子控制系統的關鍵部件，也是汽車電子技術領域研宄的核心內容之一。

    傳感器支架主要是起到固定傳感器作用的功能，如果傳感器剛度不足，傳感器就不能正常工作，不能提供正常的數據，會明顯降低整車的性價比，也會給用戶帶來不便。為了更好的模擬實際工況，考慮了傳感器支架在車輛行駛過程中的受力情況，設計了四種工況條件，根據計算的位移情況來判斷剛度是否滿足要求，同時針對剛度不足的情況提出優化建議。

    HyperWorks作為高效的CAE軟件集前后處理與求解器于一體，功能全面，操作便捷，因此本文選用HyperMesh建立支架的有限元模型，選用OptiStruct求解器完成對模型的剛度分析，使用HyperView進行后處理得到位移分布云圖，其分析結果為結構設計和改進提供參考依據。

2  原支架結構剛度分析

2.1 有限元模型的建立

    該分析主要是針對傳感器支架剛度問題，所以將傳感器結構簡化成一個質量點，只考慮支架的結構。首先對CATIA創建的幾何模型，運用HyperMesh進行幾何清理，最后按照有限元網格劃分規范對模型進行網格劃分，模型結點數1820,單元數1728,如圖1所示。

2.2 材料屬性

    計算中所使用的材料參數如下：

    合金鋼的材料參數：彈性模量：210Gpa，材料密度：7.9e+3kg/m3，泊松比：0.3粘膠材料參數：彈性模量：4GPa，材料密度：1.2e+3kg/m3,泊松比：0.3

    長度單位為：mm

2.3 剛度分析及方案改進

    整車在行駛過程中受到的載荷主要來自路面與發動機的振動，由行駛系統及其連接機構傳到車身各個部位，所以車輛行駛時傳感器支架受到的載荷比較復雜，為了更好的模擬實車狀態，本文設計了在傳感器安裝點區域分別施加X向、Y向、Z向、法向各100N，以便模擬哪個方向的受力對支架剛度影響比較大。相應的四種工況如表1所示。將支架和車身連接處約束六個方向自由度：DOF=123456,傳感器安裝點加載X、Y、Z和法向各100N，如圖2所示。

    表1 模型剛度計算4種工況設定表

   圖2 計算模型邊界條件設定

    模型搭建完后采用OptiStruct求解器對該模型進行剛度分析，再運用HyperView進行后處理得到位移分布云圖以及各工況的剛度值如圖3、表2所示：

 圖3 各工況下支架位移云圖

    表2 支架各工況下剛度值

    由表2分析結果可以看出，支架在各工況下的剛度值基本小于目標值，所以在實車狀態下，傳感器的位移偏大，主要是由于支架剛度不足造成的，針對以上問題并根據Optistruct自帶優化功能進行了形貌優化，最后給出了四種優化方案，如圖4所示。

圖4 四種優化方案

3  優化方案剛度分析

   新方案支架剛度分析方法與原方案相同（相同的工況條件），分析結果如表3所示。

    表3 各優化方案剛度值

圖5 方案四各向位移云圖

    由分析結果可以看出，方案四X、Y、Z、N向剛度值都大于目標值，滿足設計要求，位移云圖如圖5所示。該方案在后續的實車驗證過程中，未出現位移抖動現象。

4   結論

   通過對傳感器支架有限元剛度分析，識別其抖動的原因，并針對此問題利用軟件本身自帶的功能進行優化設計。方案四剛度明顯高于優化前，是一種比較有效的優化設計方案，這是HyperWorks軟件在本次結構設計分析中的成功應用。

    基于HyperWorks的CAE技術在結構選型和設計過程中的應用可以尋找或較早地預測結構動態特性設計的不足，為設計師結構優化設計提供依據并指明方向，從而可在設計之初對結構進行設計改進，減少后期設計難度，縮短產品研發周期，提高設計可靠性。

來源：CAE技術資訊  作者：杜偉娟  胡海歐  陳韜