颜京才，张化朝，李国鹏

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）



CAE在汽车制动器罩壳设计中的应用

颜京才，张化朝，李国鹏

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

摘 要：汽车制动器罩壳设计状态的模态往往要求第一阶高于60HZ，否则容易与系统及外界激励发生共振现象。现以某车型前制动器罩壳为例进行模态分析及形貌优化[1]-[2]，提高罩壳的第一阶频率。

关键词：制动器罩壳；模态分析；形貌优化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.026

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-124-02

前言

随着世界经济的发展，市场竞争的不断加剧 ,CAE技术在提高产品性能和质量过程中的重要作用越来越被人们所认识 。通过先进的CAE技术，可以帮助工程设计人员在产品设计定型或生产之前预测、仿真和提高产品的性能质量，降低设计成本，节约资金，缩短产品投放市场的时间，提高竞争能力[3]，本文根据某车型多台试验车前制动器罩壳断裂实例（如图1），借助CAE仿真手段，对汽车制动器罩壳进行优化，提高罩壳一阶模态并减小应力。

图1 某车型制动器罩壳断裂照片

1、仿真模型建立

使用有限元处理软件HyperMesh建立制动器罩壳有限元模型，使用Abaqus软件进行分析。建立罩壳有限元模型，约束罩壳实际安装面的六个自由度，进行约束模态分析，提取前20阶模态频率。

表1 制动器罩壳的材料属性

图2 制动器罩壳数模和有限元模型

制动器罩壳仿真模型如图2所示，制动器罩壳材质为常用的Q195，其材料属性如表1所示。

制动器罩壳的CAE分析结果如图3所示。

图3 制动器罩壳一阶应力及前20阶模态分析结果

其应力云图如图4所示，制动器罩壳结构存在设计缺陷，断裂就发生在压力集中位置。

图4 制动器罩壳应力云图

从分析结果中可以看出制动器罩壳第1阶模态为41HZ，容易与地面或发动机激励发生共振，且第1阶模态最大应力位于安装孔附近，与实件断裂位置一致，车辆行驶一段时间后，制动器罩壳从安装孔位置产生疲劳断裂，从而发生异响，造成顾客抱怨。尤其是在路况较差的非铺装路面行驶几万公里后，此问题更易发生。

2、制动器罩壳结构优化

图5

图6 制动器罩壳优化前后对比示意图

通过以上分析可以确定罩壳断裂的主要原因是罩壳模态频率偏低且模态应力过大，需进行结构优化。通过分析结果可以看出罩壳冲压孔及凸起平台部位应力较大，为提高其刚度对原罩壳数模增加加强筋、罩壳边缘翻边、填补减重孔。然后利用形貌优化技术，对局部区域进行形貌优化，设计冲压形貌优化变量，进行结构优化设计，提高一阶模态频率。这里对加强筋进行控制，设置筋下部最小宽度8mm、拉伸角度60°、拉伸高度8mm（如右图）[4]，优化结果显示罩壳固有频率提高到了99HZ，比优化前提高58HZ，同时振动应力降低到了95MPa，比优化前降低57 MPa，优化效果明显。罩壳结构优化前后数模如图6所示。

罩壳优化前后应力分析结果如图7所示：

图7 制动器罩壳优化前后应力分析对比

罩壳优化前后模态分析结果如图8所示(前五阶)：

图8 制动器罩壳优化前后模态分析对比

3、结论

通过对优化前后制动器罩壳CAE分析：优化前最大应力152MPa，接近材料(Q195)的屈服强度（195MPa），长时间行车易造成疲劳断裂。优化后最大应力95MPa，比优化前减小57MPa，降幅达37.5%；一阶模态由优化前41HZ提高到了99HZ，增幅达141%，优化效果明显。经实车验证，优化后的制动器罩壳经过五万公里颠簸路试验，无变形、断裂等情况发生，达到设计要求。

4、小结

运用CAE模态仿真分析方法，发现制动器罩壳薄弱位置，通过分析薄弱位置的形状，做出增加强度的方案，从而提高一阶模态，降低应力。从设计阶段发现制动器罩壳结构缺点并进行优化，使制动器罩壳达到使用要求。

参考文献

[1] 姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通大学出版社,2008.

[2] 李国豪,石洞.公路桥梁荷载横向分布计算[M].北京:人民交通大学出版社,1984.

[3] 秦瑞芬.CAE技术在工程技术中的应用[J].直升机技术 ,2000,(3). [4] 康少峰,郝君起.制动器罩壳的结构优化研究[J].科技信息,2014,(6).

CAE application for vehicle dust cover design

Yan Jingcai, Zhang Huazhao, Li Guopeng
（R&D Center of Great Wall Motor Company., Automotive Engineering Technical Center of HeBei, HeBe baoding 071000）

Abstract:At dust cover’s first order modal shall above 60HZ under design phase, otherwise it will be easily cause resonance with other parts. Here is an example: we will do modal analysis and shape optimization, increase front brake dust cover’s first order frequency for a certain vehicle.

Keywords:brake dust cover; modal analysis; shape optimization

作者简介：颜京才，就职于长城汽车股份有限公司底盘研究院，学士学位，助理工程师，汽车制动系统设计。

中图分类号：U463.5

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-124-02