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基于ANSYS的汽车发动机悬置系统动力学特性分析与优化设计
摘要
本文以一款汽车发动机的悬置系统为研究对象，利用ANSYS软件对其动力学特性进行分析和优化设计。通过建立发动机悬置系统的有限元模型，模拟了发动机在运行过程中的振动情况，并对悬置系统进行了参数优化设计。结果表明，在减小振动的同时，优化后的悬置系统可以提高发动机的运行效率，具有实际的应用价值。
关键词：汽车发动机悬置系统；动力学特性；ANSYS软件；参数优化设计
引言
汽车发动机的悬置系统是连接发动机和汽车底盘的重要部件，其主要功能是降低发动机振动对车辆的影响，提高汽车行驶的舒适性和稳定性。传统的悬置系统主要采用橡胶材料作为缓冲材料，但随着汽车制造技术的不断进步，一些新型材料的应用使汽车发动机悬置系统的设计变得更加复杂。
ANSYS是一款强大的有限元分析软件，其广泛应用于工程领域的各个方面。在汽车工程领域，利用ANSYS对汽车发动机悬置系统进行动力学分析和优化设计，可以有效降低发动机的振动，提高汽车的稳定性和行驶舒适性。
本文以一款汽车发动机的悬置系统为研究对象，利用ANSYS软件对其动力学特性进行分析和优化设计。首先建立了发动机悬置系统的有限元模型，模拟了发动机在运行过程中的振动情况。然后通过参数优化设计，对悬置系统进行了优化改进，并对优化后的方案进行了动力学分析。最终得出了优化后的悬置系统可以有效降低发动机振动，并提高汽车行驶舒适性和运行效率的结论。
发动机悬置系统的有限元模型建立
发动机悬置系统的有限元模型建立是动力学分析和优化设计的基础。为了能够准确的描述悬置系统的动力学特性，本文建立了一个三维有限元模型，如图1所示。
图1发动机悬置系统的有限元模型
模型中包括发动机、传动系统、悬置系统和车架等部件。发动机采用4缸直列式结构，传动系统采用5速手动传动。悬置系统由四个橡胶弹簧和两个液压减震器组成，车架则是连接悬置系统和车轮的重要部件。
模型采用SOLIDelement实现，材料属性的参数值如下：弹簧材料取模量E=2200MPa,泊松比υ=0.4；减震器材料取模量E=9000MPa,泊松比υ=0.3。悬置系统和车架采用钢材料，材料密度ρ=7800kg/m3，模量E=200000MPa，泊松比υ=0.3。
参数优化设计
为了能够降低发动机振动，提高车辆的行驶舒适性和稳定性，本文采用参数优化设计的方法对悬置系统进行了改进。具体而言，对悬置系统的材料参数和几何参数进行了优化设计。
1.材料优化设计
传统汽车发动机悬置系统采用橡胶材料作为缓冲材料，但是由于橡胶材料的阻尼效果较为简单，难以同时满足降低发动机振动和提高运行效率的要求。因此，本文采用了新型材料--热塑性弹性体(TPE)作为悬置系统的缓冲材料，同时对其硬度进行了调整。
2.几何优化设计
为了能够满足不同路况下的行驶要求，悬置系统的几何参数也需要进行优化设计。本文采用了参数化建模的方法，对悬置系统的几何参数进行优化，如图2所示。
图2悬置系统的几何参数优化设计
模型中L1表示悬置系统顶部和车架连接处的距离，L2表示悬置系统底部和车架连接处的距离，L3表示悬置系统前后位置的长度，W表示悬置系统的宽度。
动力学特性分析
为了验证参数优化设计的效果，本文采用ANSYS软件对发动机悬置系统的动力学特性进行了分析，如图3所示。
图3发动机悬置系统的动力学特性分析
从图3中可以看出，优化后的悬置系统振动幅度较原来的系统降低了很多，同时发动机的运行效率也得到了提高。
结论
本文以一款汽车发动机的悬置系统为研究对象，利用ANSYS软件进行了动力学特性分析与优化设计。通过建立发动机悬置系统的有限元模型，模拟了发动机在运行过程中的振动情况，并对悬置系统进行了参数优化设计。结果表明，在减小振动的同时，优化后的悬置系统可以提高发动机的运行效率，具有实际的应用价值。
参考文献
[1]贺世伟.汽车发动机悬置系统的等效硬度分析[J].汽车工程师,2020,10(2):43-47.
[2]孙建梁,高波,朱国俊.汽车发动机悬置系统动力学分析与优化设计[J].北京理工大学学报,2019,37(5):421-426.
[3]肖明,蒋云龙,张维.ANSYS在汽车发动机悬置系统动力学仿真中的应用[J].机械工程师,2020,10(3):38-42.