材料屈服，不符合设计要求。通过集成优化得到最优的支架厚度，优化之后其应力水平均低于材料许用应力，能够满足振动性能要求。
关键词：真空泵支架;有限元;振动;强度;优化
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2019）19-22-02
Abstract： The new energy vehicles vacuum pump bracket finite element model was established by adopt Hypermesh software， the vibration excitation in X， Y and Z directions was applied at both ends of the longitudinal beam， it was vibration strength analyzed based on frequency response， the analysis result showed that its stress exceeds the material yield， it couldn’t meet design requirements. The optimal bracket thickness was obtained by integrated optimization， its stress was lower than the allowable stress after optimization， so it could meet vibration performance requirements.
Keywords： Vacuum pump bracket; Finite element; Vibration; Strength; Optimization
CLC NO.： TH16 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2019）19-22-02
1 引言
真空泵是车辆制动系统的关键部件，其为车辆提供刹车助力，对车辆的制动性能和安全性能具有较大影响。真空泵支架将真空泵固定在车辆纵梁中段，其激励源主要来自路面，其振动强度性能的优劣直接关系到车辆的安全性。为了验证某新能源汽车真空泵支架的振动强度性能是否满足设计要求，基于Hypermesh软件和Nastran软件对其进行频率响应分析，获取其振动强度应力，并采用Isight集成平台对其进行优化分析，得到最优的结构参数。
2 建立真空泵支架有限元模型
采用Catia软件建立车辆纵梁、真空泵及其支架的三维模型，再采用Hypermesh[1，2]软件抽取车辆纵梁与支架的中面，并对中面和真空泵本体的表面进行几何清理。为了提高分析精度，采用3mm的Mixed单元对它们进行网格离散化处理，螺栓周围建立两圈规整的壳四边形单元，确保不出现畸形单元，各个零部件之间的螺栓连接采用RBE2单元模拟，以此建立真空泵支架有限元模型，如图1所示。真空泵支架的材料为Q235，其弹性模量为21000MPa，其泊松比为0.3，其密度为7800kg/m3，其屈服强度为235MPa，其抗拉强度为375MPa。
3 振动强度分析
为了验证该真空泵支架的振动强度性能，基于真空泵支架有限元模型，在车辆纵梁两端分别施加X方向1.0g加速度、Y方向1.0g加速度和Z方向2.0g加速度，以此采用Nastran软件[3]对其进行频率响应分析，得到真空泵支架在X、Y和Z方向的频率-应力曲线。如图2所示，为真空泵支架X方向的频率-应力曲线。由图2可知，当激励频率为37.3Hz时，其X方向的最大应力值为8.8MPa，低于材料许用应力，满足设计要求。其应力集中点位于支架的折弯过渡处。当激励频率为37.3Hz时，其Y方向的最大应力值为24.5MPa，小于材料许用应力，满足设计要求其应力集中点位于支架的螺
栓处。如图3所示，为真空泵支架Z方向的频率-应力曲线。由图3可知，当激励频率为37.3Hz时，其Z方向的最大应力值为255.4MPa。如图4所示，为真空泵支架Z方向的应力云图。由图4可知，真空泵支架Z方向的应力集中点位于其加强筋处，超过材料屈服强度，不符合振动强度性能要求。
4 优化分析
为了降低真空泵支架的应力，应提升局部的刚度性能。采用Isight软件[5]集成Hypermesh软件和Nastran软件对真空泵支架的厚度参数进行优化分析。优化之前，其厚度为2.5mm，优化之后其厚度为3.2mm。
采用最优参数重新对其进行频率响应分析，如图5所示，优化之后真空泵支架Z方向的应力云图。由图5可知，优化之后真空泵支架的应力水平降低至190.3MPa，减少了25.5%。优化之后，其X方向和Y方向的最大应力分别为6.4MPa和19.5MPa，均小于其材料屈服应力，满足振动强度设计要求。
5 结论
基于Hypermesh软件建立某新能源汽车真空泵支架有限元模型，在纵梁两端加载振动激励，对其进行频率响应分析，其Z方向的应力值大于材料許用应力，不满足振动强度要求。采用集成平台对其厚度进行优化分析，得到其最优厚度值，优化之后其X、Y和Z方向的应力值均低于材料屈服，符合设计要求，能够有效降低故障率，提供产品的可靠性。
参考文献
[1] 张枫，李冰.基于hypermesh的某轻卡车架强度分析及优化[J].汽车实用技术，2018（24）：121-122.
[2] 康文利，孙国良，李倩，等.基于Hyperworks的斜撑对机柜抗震性ee能影响的研究[J].现代制造工程，2019（1）：144-150.
[3] 钟自锋，徐国权，聂鹏.发动机ECU支架振动疲劳分析及其优化设计[J].机械设计与研究，2018，34（6）：100-102.
[4] 陶兴龙.基于ADAMS的悬架控制臂疲劳性能分析及轻量化多目标优化[D].长春：吉林大学，2017.
