邹宾兴

某制动电磁阀支架性能分析与优化

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）

为了分析某制动电磁阀支架的性能是否符合设计要求，首先采用有限元技术建立制动电磁阀支架模型，对其进行模态性能分析，分析结果表明其第一阶固有频率低于路面激励，将会引起共振，不符合振动特性要求。然后对其进行频率响应强度分析，分析结果表明其最大应力超过材料屈服，不满足强度要求。最后采用Optistruct软件对其厚度进行优化设计，优化之后其模态性能和强度性能均符合要求，优化效果比较明显。

电磁阀支架；模态；强度；优化

1 引言

制动电磁阀是汽车制动系统的重要组成部分，制动电磁阀通过固定支架安装在车架纵梁后端，当车辆行驶在凹坑路面时，其将受到路面振动激励，当其固有频率与路面激励频率接近时，将发生共振风险，直接影响制动系统的安全性和可靠性，因此制动电磁阀支架的模态性能和强度性能显得特别重要。为了校核某新型制动阀电磁支架的性能是否符合要求，现采用有限元方法对其进行模态分析和频率响应强度分析，并且对其进行优化设计。

2 模态性能分析

2.1 建立有限元模型

某新型制动电磁阀总成主要由车架纵梁、电磁阀、固定支架组成，电磁阀本体重量为1.2kg，电磁阀支架的厚度为3.0mm，其材料为Q235（屈服强度为235.0MPa），将它们的三维模型导入至有限元前处理软件Hypermesh中[1,2]，抽取车架纵梁和固定支架的中性面，并且采用尺寸为3mm的四边形壳单元对其进行网格划分，电磁阀本体采用3mm的四面体单元进行网格划分，螺栓连接采用刚性单元（RBE2）连接，以此建立制动电磁阀支架有限元模型，如图1所示。

图1 制动电磁阀支架有限元模型

2.2 模态分析结果

基于制动电磁阀支架有限元模型，采用Nastran软件[3]约束纵梁两端对其进行模态性能分析，获取其第一阶固有频率为26.4Hz。如图2所示为其模态阵型，由图2可知，其表现为Z向弯曲。该制动电磁阀支架的第一阶固有频率低于路面激励（30.0Hz），将会发生共振风险，不满足模态特性要求。

图2 制动电磁阀支架第一阶模态阵型

3 强度性能分析

3.1 边界条件

基于制动电磁阀支架有限元模型，采用Nastran软件在车架纵梁两端同时加载X方向（1.0g）、Y方向（1.0g）和Z方向（2.0g）的振动激励，频率计算范围0~100Hz，阻尼为0.05，以此对其进行频率响应强度分析。

3.2 频率响应分析结果

图3 制动电磁阀支架频率-应力曲线

如图3所示，为制动电磁阀支架频率-应力曲线。由图3可知，当激励频率为26.4Hz时，支架的应力幅值达到最大（252.6MPa）。

如图4所示，为制动电磁阀支架的应力云图。由图4可知，制动电磁阀支架的应力集中点位于支架的折弯处，其应力最大值超过其材料屈服极限，不符合强度设计要求，存在疲劳失效风险。

图4 制动电磁阀支架应力云图

4 优化设计

为了使该制动电磁阀支架的模态性能和强度性能符合设计要求，基于Optistruct软件[4]以制动电磁阀支架的应力最小化和第一阶模态频率最大化作为目标函数，对支架的厚度进行优化设计。优化之后制动电磁阀支架厚度的最优值为3.5mm。如图5所示，为优化之后的制动电磁阀支架的应力云图。由图5可知，其最大应力水平为186.8MPa，小于其材料极限值，能够符合强度性能要求。其第一阶固有频率32.8Hz，整体优化效果比较明显。

图5 优化之后的制动电磁阀支架应力云图

5 结论

采用有限元技术对某制动电磁阀支架进行模态性能，其第一阶固有频率为26.4Hz，不符合模态特性要求。其频率响应强度的最大应力值为252.6MPa，超过材料屈服，不满足强度性能要求。通过对其进行优化设计，其模态性能和强度性能均得到了一定的提升，均符合设计要求。

[1] 潘宇.某车型副车架结构强度与模态分析及结构改进[J].机械强度,2017,39（6）:1490-1494..

[2] 赵燕,赵攀,阮成明,等.考虑刚柔耦合特性的SUV控制臂强度分析[J].机械设计与制造,2018（8）:80-83.

[3] 索明何,吴庆捷.汽车蓄电池支架频率响应分析及其优化设计[J].机械设计与研究,2019,35（1）:196-199.

[4] 曹立波,宋慧斌,武和全,等.基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计[J].中国机械工程,2016,27（6）:827-832.

Performance Analysis and Optimization of a Brake Electron Magnetic Valve Bracket

Zou Binxing

（Product Development & Technology Center, Jiangling Motors Corporation Limited, Jiangxi Nanchang 330052）

Aiming at analyzing the performance of a brake electron magnetic valve bracket whether meet the design requirements.Firstly, the brake electron magnetic valve bracket model was established by adopt finite element technique, it was modal performance analyzed, the analysis result showed that its first natural frequency was lower than the road excitation, so it would cause resonance, it couldn’t meet vibration characteristics requirements.Secondly, the brake electron magnetic valve bracket was frequency response strength analyzed, the analysis result showed that its maximum stress exceeds material yield, it couldn’t meet strength requirements. Lastly, the brake electron magnetic valve bracket thickness was optimized design by adopt Optistruct software, its modal and strength properties could meet the requirements after optimized, the optimization effect was obvious.

Electron magnetic valve bracket; Modal; Strength; Optimized

A

1671-7988(2019)21-77-02

TH16

A

1671-7988(2019)21-77-02

邹宾兴（1986.04-），男，本科，工程师，就职于江铃汽车股份有限公司，研究方向：项目管理、油耗动力性开发和结构设计分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.026

CLC NO.: TH16