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发动机ECU?架CAE分析及优化

栏目:工矿企业发布:2022-11-04浏览:2384下载250次收藏

涂?? 林?? 侯路 罗?

摘要:某轻卡?型在可靠性坏路路?负荷试验中发?发动机ecu?架断裂问题,经查为ecu?架未按照设计要求进?焊接,导致?阶模态与整?怠速频率较为接近,?架发?振动疲劳失效。调件换装满?设计要求的?架进?路试再次发?振动疲劳失效,针对发?的?架开裂问题进?详细解析,并通过仿真分析制定优化?案并在台架试验上进?验证,最终解决?架开裂问题。

关键词:ecu?架;失效;仿真分析;台架验证

中图分类号:u464 收稿?期:2022-01-15

doi:10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.004

1 问题描述某轻卡?型在耐久路试中出现发动机ecu?架断裂现象,故障?程为12 000 km(试验要求达到25 000 km),查看故障件发现?架底部安装板位置焊缝与设计状态不?致,如图1所?。

初步判定为供应商未按照图纸设计要求进?焊接,导致发动机ecu?架模态、强度及刚度性能?幅下降,耐久试验出现断裂。与供应商沟通协调后,调换按照图纸设计要求的?架进?换装试验,换装后试验进??8 000 km后,发动机ecu?架再次发?开裂,如图2所?。

针对此发动机ecu?架断裂问题展开详细解析。

2 发动机ecu?架断裂解析对发动机ecu?架进?强度模态分析。模型建?:有限元模型仅包含发动机ecu?架、部分?架、ecu。其中ecu?架、?架采?5 mm的壳单元?格,发动机ecu使?mass点进?配重。?架使?08al材料,料厚为3.0 mm,?架使?dl510材料,料厚为6.0 mm,螺栓孔均使?rbe2连接。使?整?坐标系,按照右?法则,+x指向?尾?向,+y指向?右侧,+z指向?上?,如图3所?。

模态分析:约束所截取?架边界123456?由度,提交求解器optistruct进?模态计算。计算结果前三阶模态,发动机ecu?架下底板半焊和满焊的?阶模态如图4所?。

强度分析:分别计算制动(x-1gz-1g)、转向(y0.6gz-1g)、上跳(z-3g)?况下?架的应?情况。计算结果如图5所?。

分别测试半焊样件状态和原设计?案状态搭载在整?状态下的实际模态。将仿真分析的模态、强度分析结果和实测模态汇总如表1所?。

由表1可看出仿真分析的模态结果与试验实测结果偏差较?,推断主要原因为仿真分析中未考虑ecu与?架间的软垫,因此连接软垫刚度在设计中未进?定义,设计部??法给出刚度值,故前期仿真分析校核时未进?建模。此连接软垫在仿真中使?cbush单元进?模拟,通过调整软垫刚度对仿真模型进?修正。修正后将模态、强度结果汇总如表2所?。

通过表1和表2对?可知,模型修正后仿真和试验的前两阶模态偏差值较小。强度分析结果在修正前后差别不?。

解析第?次?架断裂:在制动、转向、上跳?况下最?应?值均远小于强度判定标准( 材料的抗拉强度×0.4=108 mpa);?阶实测模态为26 hz,与整?怠速频率存在重叠,推断失效原因可能为怠速共振失效。

解析第?次?架开裂:在制动、转向、上跳?况下最?应?值均远小于强度判定标准( 材料的抗拉强度×0.4=108 mpa);?阶实测模态为40 hz,与整?怠速频率相距较远,排除了怠速共振失效的可能。推测失效原因可能是ecu?架位于发动机前悬置安装点附近,发动机某常?转速下与ecu?架形式共振。

3 优化对策在修正模型的基础进??案优化,制定优化对策:优化?案1为肋板延??底板边缘,且底板增加2 mm垫板,如图6所?。优化?案2为板延??底板边缘,且底板增加2 mm垫板,同时材料变更为dl510。

优化?案1、优化?案2的?阶模态由40.4 hz提升?46.3 hz。汇总模态和强度分析结果如表3所?。

疲劳仿真分析:建?频响分析模型,在截取?架边界位置分别加载1g的x、y、z三?向的加速度激励,扫频范围为1~200 hz。同时以实?采集的发动机ecu?架安装位置处?架的加速度激励为输?建?疲劳仿真模型。各?案疲劳寿命分析结果如图7所?。

4 台架试验验证

试验?况的制定:使?上?所搭建的疲劳仿真分析模型,分别以xyz向激励、单独x向激励、单独y向激励、单独z向激励作为输?计算损伤占?,计算结果如图8所?。由分析结果可知,y向激励损伤占绝对主导,故台架试验仅进?y向加载。

将原设计?案、优化?案1、优化?案2分别按照制定的?况进?台架试验。

ecu?架总成和ecu软垫连接固定,并通过?装固定在电磁振动台上,ecu?架总成底板与?装接触宽度保持与实际装配宽度?致,样件试验采?y向随机振动。振动信号使?实?采集的发动机ecu?架安装位置处?架的加速度激励,观察振动过程中发动机ecu?架总成是否出现断裂。样件固定及加载?式如图9所?。

分别完成原设计?案样件、优化?案1样件、优化?案2样件试验后将试验结果汇总如表4所?。

由试验结果可知,原设计?案样件断裂位置和失效?式与整?耐久试验完全?致,故可根据台架振动试验时?和整?耐久试验?程建?量化关系,即台架试验8 h等效于整?耐久试验8 000 km。通过等效换算,优化?案1 可满?整?耐久?程23 333 km。台架振动试验中?架失效位置为?板位置,且靠近肋板上沿位置。失效位置与整?耐久试验不?致,分析原因为下部底板加强后,ecu?架的薄弱点发?转移。优化?案2因?装夹具损坏,试验未达到破坏,但可确定优化?案2可满?整?耐久?程45 750 km以上。

5 结语

通过台架试验验证可知,优化?案1等效整?耐久?程23 333 km,不满?25 000 km的耐久?程要求。若采??案1需将肋板上延,并重新制作样件验证。优化?案2可满?整?25 000 km的耐久?程要求。综合考虑各??因素,最终选择优化?案2为最终对策?案。

此类?架的模态和强度的仿真分析判定标准为:?阶模态≥30 hz;制动、转向、上跳各?况的最?应?

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