朱露，仲梁维

（200093 上海市 上海理工大学 机械工程学院）

0 引言

发动机悬架是连接发动机和汽车车身的重要部件，对发动机起着支撑、缓冲的作用，其性能对于汽车安全运行至关重要。节能减排是汽车行业可持续发展的重要条件，在满足各项性能的前提下对汽车零部件进行轻量化是实现这一目标的有效途径之一。

国内外对发动机悬架的研究主要集中在振动特性上[1-2]，对其受到机械力影响的研究较少。本文开展了对悬架的热-固耦合分析，研究其在受到温度和发动机机械力作用下热应力分布情况。结果显示，悬架侧脊处存在较大的应力集中，选择对悬架的4 个主要尺寸进行参数化优化以及整体的拓扑优化，使得侧脊处最大应力减少了90.28 MPa，悬架整体质量减少了10%。

1 发动机悬架热应力分析

1.1 热力学分析的基本原理

实际工况下发动机悬架所受传热方式主要为热传导与热对流。悬架由于与发动机直接接触且存在温度梯度，其引起的热量传递为热传导过程。傅里叶定理指出，对于某一方向热通量可以表示为

式中：q——热流密度；Knn——沿n 方向的热传导系数，W/(m·K)；∂T/∂n——温度梯度。系数前的负号表示热流方向与温度梯度方向相反。

并且，由于悬架同时与周围空气存在温度差，对流换热的情况也会伴随着发生，根据牛顿冷却定律可得

式中：φ——对流传热速率；hf——对流换热系数，W/m2℃；T——模型表面温度；Tw——邻近流体的温度。

1.2 建立有限元模型

该发动机悬架由两个托架和一个连接销轴组成，材料采用低合金结构钢Q345，材料参数如表1 所示。……