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基于Abaqus的发动机右悬置系统优化设计
王雄；黄凤琴；张志明；何宝俊；李欣；黄河清；李相旺；
（东风汽车公司技术中心，湖北武汉430058）
摘要：本文基于有限元分析方法，在某发动机设计阶段，对发动机右悬置系统进行模态、静强度、疲劳、
滑移等有限元分析。根据仿真计算结果，研究了提升一阶模态频率的方法，对不满足设计要求的悬置系统
提出针对性的优化建议，对模态达标后的发动机右悬置支架进行强度疲劳校核，最终使右悬置系统设计方
案满足整机开发阶段的要求。
关键词：有限元；悬置支架；拓扑优化
前言
悬置支架是汽车动力总成搭载整车的重要部件，其主要作用为：一、支撑限位作用，连
接发动机与车身，合理支撑动力总成，避免汽车行驶过程中传递力和力矩影响动力总成的正
常运行；二，隔振作用，隔离发动机振动向车身传递，同时减轻路面与轮胎对车身激振所引
起的动力总成振动。如果悬置系统的刚度不足，就会在一定的频率范围内引起共振，加剧车
内噪声，影响整车NVH(Noise,VibrationandHarshness)性能；如果悬置支架的强度不足，可能发生悬置支架的断裂，影响汽车行驶的安全性[1]。因此，发动机悬置系统的设计旨在合理选择悬置参数（刚度，强度，阻尼以及布置方式等），不仅有效降低整车振动和噪声水平，还要确保悬置支架的安全性。
依据传统的试验方法对悬置系统性能进行校核，周期长，资源消耗大，而有限元方法则
采用仿真分析的形式，能够在发动机研发阶段大幅降低悬置系统的设计成本，缩短研发周期。
本文通过有限元分析方法，对某发动机的右悬置系统进行模态及强度、疲劳分析，并根据分
析结果对右悬置系统进行优化，提升其刚度、强度及NVH性能。
1有限元模型
1.1分析流程
发动机右悬置系统的一阶模态频率受各零件之间的布置方式影响很大，而零件的应力分
布通常与加强筋、圆角等细节特征有关。同时，有限元模型模态分析的网格质量要求不高，
计算周期短，而强度分析网格质量要求高，模型准备时间长，计算周期长。因此，本文设计
右悬置系统时，优先考虑分析悬置系统的模态，当一阶模态频率达标以后，再进行强度校核，
提高了悬置系统的设计效率，避免了大量有限元网格划分工作，具体设计流程见图1。
几何数模
有限元模型
几何模型修改
模态分析
N
Y
静强度分析
N
Y
疲劳分析
N
Y
滑移分析
N
Y
完成设计
图1右悬置有限元仿真流程
1.2分析对象
右悬置系统所包含的部件如图2所示。主要分析对象为发动机链壳、右悬置支架，还包
括缸盖罩、缸盖、缸体切片等环境部件。链壳与缸盖、缸体之间，右悬置支架与发动机固定
支架之间均以螺栓连接。右悬置支架与整车车架之间有橡胶软垫隔开，橡胶以硫化在金属骨
架上的形式套在右悬置支架上，橡胶具有隔振作用，本文中分析对象不包括橡胶软垫及整车
车架部分。
图2某发动机右悬置系统
1.3构建有限元模型
本文有限元分析前后处理软件为Hypermesh，求解器为Abaqus。网格类型为二阶四面
体单元C3D10M,链壳固定悬置支架的部位以及悬置支架为考察对象，网格尺寸为3mm，
结构圆角、倒角部分进行细化处理，链壳其余部位以及缸体、缸盖等环境件平均网格尺寸为
10mm。缸盖罩为塑料件(PA66)，缸体、缸盖、链壳与悬置支架为铝合金(AlSi9Cu3),螺栓材
料为钢。计算模型时只考虑材料的线弹性性能，材料属性见表1。
表1有限元模型材料属性
材料弹性模量N/mm2密度g/cm3泊松比
PA6634001.480.45
AlSi9Cu3710002.750.31
Steel2120007.80.3
1.4边界条件与工况
约束缸盖罩、缸盖以及缸体剖面上所有节点的6个自由度。悬置支架与整车车架相连，
由于整车布置的原因，该固定点保持不变，硫化橡胶与金属骨架的质量赋予有限元模型中的
衬套零件。
右悬置系统载荷主要为螺栓预紧力、整车行驶过程中的极限工况以及发动机的振动工况。
链壳以5个M10螺栓固定在缸盖上，预紧力范围24.3KN~41.6KN；右悬置支架与链壳有4
个M12螺栓固定，预紧力范围31.6KN~52.3KN。整车行驶工况与发动机振动工况比较复杂，
通常根据设计经验进行动力学分析，得到±X、±Y、±Z6个方向上右悬置支架所受载荷，
本文载荷加载位置为整车坐标系(-199.5,477,425)，具体工况载荷信息如表2所示，所有工
况均考虑了动力总成自重。
表2载荷工况
分析工况
整车行驶工况/KN发动机振动工况/KN
X方向Y方向Z方向X方向Y方向Z方向
工况1:+X-2.400.8-0.600