汽車動力總成懸置設計中，對懸置金屬支架的強度和模態分析非常重要，CAE分析的準確與否，會直接影響到懸置的可靠性和NVH性能。本文針對某車型的左懸置支臂，使用SimSolid軟件對其進行靜力與模態分析，并與OptiStruct和Abaqus軟件的分析結果進行對比。本文所做分析僅用于對CAE分析軟件的學習和交流。文中圖片不夠清晰的話，可以下載文末PDF原文檔觀看。

 

懸置支臂一端連接變速器，另一端連接接懸置的橡膠軟墊。汽車在各種工況下行駛時，懸置托臂會受到各個方向的力。本文主要為了驗證SimSolid軟件的實用性與準確性，故下面僅針對+Z、-Z、+X、-X四個方向各施加8000N的載荷，并對托臂進行簡單的對地模態分析。

 

將變速器側簡化為三個管柱，與支臂、螺栓（M12）一起導入SimSolid軟件，建立分析模型。其中支臂材料為鋁，其余為鐵，材料參數未設置塑形曲線。具體如下圖所示：

 

1. +Z向工況計算

首先，將模型使用傳統CAE軟件計算，以供參考。驗證模型一般先從位移開始，如下圖所示，OptiStruct計算結果逐漸收斂，收斂結果與SimSolid基本吻合，相差3%左右。

注：以單元尺寸1mm模型為例，支臂節點數量約24萬；如果將1mm單元轉化為二階單元，節點數量將超過170萬。因硬件和時間限制，本次驗證暫時沒有進一步細化模型。

將各種網格尺寸的模型分別使用OptiStruct、Abaqus進行計算，應力計算結果如下：

注：1. 由于材料是鑄鋁，結果查看最大主應力；

2. 兩個軟件結果均用Hyperview讀取，使用Advanced平均方式；

3. 二階單元Use corner data；

4. 進行0.5mm二階模型計算時，因硬件限制，僅對最大應力區域做二階處理。

從以上結果可以看出， OptiStruct、Abaqus的計算結果隨著網格的細化，應力值逐漸收斂到160 MPa左右。下圖是SimSolid的計算結果，可以看出，隨著計算精度的提升，SimSolid的收斂結果與傳統CAE軟件基本吻合。

注：提升solutions數量以及勾選Adapt to features是SimSolid提升計算精度的方式。

以上針對+Z向工況驗證了SimSolid的計算精度，下面通過對支臂進行-Z、+X、-X工況計算，對比SimSolid與OptiStruct在各工況下應力分布的一致性。為了兼顧計算速度和對幾何的適應性，以下OptiStruct模型使用1mm網格計算；而SimSolid使用Max number of adaptive solutions 6 + Adapt to features的求解設置。

2. -Z工況計算

如下圖，SimSolid與OptiStruct計算結果的最大主應力差異不大（相差9%，如果OptiStruct使用二階單元，差異應該進一步減小），最大應力位置相同，應力分布基本相同。

3. +X工況計算

如圖，SimSolid與OptiStruct計算結果的最大主應力數值和分布基本吻合：

其中，兩個軟件計算結果在一個螺栓法蘭面的倒角處有些區別，像這種接近接觸邊界的區域，應力值有較大誤差，在這里暫不做討論。

4. -X工況計算

如下圖，SimSolid與OptiStruct計算結果的最大主應力數值和分布基本吻合：

5. 模態計算

如下圖，SimSolid與OptiStruct計算結果的最大主應力數值和分布基本吻合，一階誤差0.36%，二階誤差0.22%，三階誤差0.69%：

結論與建議：

1. 通過SimSolid與傳統CAE軟件的對比分析，從位移、應力和模態三個方面驗證了SimSolid的計算精度的可信性；

2. 相比傳統CAE軟件，相同的硬件配置和計算精度條件下，SimSolid的不僅省略了大量的幾何處理和優化網格的時間，計算時間也有數倍地提升；

3. 傳統CAE軟件對分析經驗的要求比較高，尤其是網格類型的選取和后處理，不同的選擇可能會導致計算結果有較大差異；而SimSolid則很大程度上避免了這個問題；

4. SimSolid軟件短小精悍，界面簡潔，容易上手，但當前版本也有很多功能上的缺陷，比如工況的繼承性尚不能實現：以本文的計算模型為例，更準確的計算方式應該分兩步加載，第一步施加預緊力，然后在預緊力工況基礎上施加工況力；

5. SimSolid軟件在計算后，偶爾會出現無結果的現象，需要再次提交計算才能讀出結果，尚不知是軟件原因還是操作原因導致：

 

【附件】

PDF原文檔

基于SimSolid對汽車動力總成懸置支臂的靜力與模態分析.pdf

源文件：

Mount-bracket-20190112.zip