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基于abaqus的某发动机加强板强度分析

胡昌良

（江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥，230601）

摘要：公司某中型卡车发动机加强板在整车试验中多次出现断裂，而该加强板在各种路况下承受的载

荷无法确定。文章使用有限元软件abaqus，通过试算法，找出导致加强板断裂的主要载荷工况，并根据

计算结果对加强板结构进行改进。最后将试算得到的载荷加载于新设计结构模型上，得到应力分析结果，

验证其强度是否满足使用要求。

关键词：加强板载荷有限元abaqus

1前言

发动机和变速箱作为整车动力传动系统的主要部件，通过悬置固定在车架上。二者通过螺栓连

接在一起，由于沿曲轴轴线方向长度较长、刚度较小，在整车运行过程中，承受由轮胎传来的载荷

而发生变形，主要变形形式为垂弯与横弯。为了减少变形，对于质量较大的柴油机常在二者之间还

另外增加加强板用以提高其刚度。加强板本身则会承受较大的载荷，如果设计不合理，就会产生很

大的应力而发生破坏。

本文针对公司在整车试验中出现的某机型加强板断裂问题，采用有限元软件abaqus进行分析。

通过试算法，找出导致加强板断裂的主要载荷工况，并根据计算结果对加强板结构进行改进。最后

将试算得到的载荷加载于新设计结构模型上，得到应力结果，用以验证其强度是否满足使用要求。

图1试验中断裂的加强板

2分析计算

2.1模型假设

发动机与变速箱通过螺栓连接在一起，由于连接刚度不够，汽车在运行过程中会产生一定相对

运动，最主要的运动形式是垂弯和横弯。二者通过加强板连接后，加强板则承受多种不确定载荷并

导致加强板破坏。由于载荷无法确定，本次分析采用试算的方法，根据破坏形式确定加强板承受的

载荷。计算采用了如下假设：

?发动机与变速箱被三个悬置固定在整车上，悬置点位置固定不动，不会产生平动位移。

?如果所加载的工况导致的分析结果与实际的断裂结果能够很好的对应，则可以说明该载荷

工况与实际的载荷相近。

?加强板与发动机连接部位相对静止，作为约束边界。

2.1网格模型

根据上面的假设，选取左、右加强板及半个飞轮壳划分网格作为计算模型。网格质量关系到计

算结果的准确性，因为加强板及飞轮壳加强筋较多，同时考虑到计算的精度与效率，我们选取单元

尺寸从2mm到10mm，断裂点附件的圆角控制3层网格。最后完成的网格模型如下图所示：

图2网格模型

2.2强度计算

完成网格划分和材料参数定义后，把模型导入到有限元计算软件abaqus中。将左右加强板

与缸体相连的螺栓搭子进行约束，约束每个节点的三个自由度。同时在变速箱悬置点位置制作一

个参考点，将其与飞轮壳相连，作为模型的加载点。

图3约束边界图4加载参考点

为了确定加强板在整车运行过程中承受的载荷，分别对模型加载XYZ三个方向力和绕三个

方向力矩。X方向为曲轴轴线方向，Z轴为竖直向上方向。各种载荷工况下对应的应力云图分别

如图5～10所示。

A、加载X方向力

图5加载X方向力对应的应力云图

B、加载Y方向力

图6加载Y方向力对应的应力云图

C、加载Z方向力

图7加载Z方向力对应的应力云图

D、加载X方向力矩

图8加载X方向力矩对应的应力云图

E、加载Y方向力矩

图9加载Y方向力矩对应的应力云图

F、加载Z方向力矩

图10加载Z方向力矩对应的应力云图

从上面的计算结果可以看出前四种工况的危险点与实际破坏的危险点不一致，而加载绕Y和

Z方向力矩的工况的危险点与实际破坏的危险点一致。两种工况的变形分别表现为动力系统的垂

弯和横弯，这与实际的变形形式也相符合，可以认为导致加强板破坏的载荷就是绕Y和Z方向

的力矩。

载荷大小通过试算获得，不断变化载荷值，直到破坏点的应力基本达到材料的抗拉强度为止，

认为此时载荷基本即为实际载荷大小。经过试算，最后确定绕Y方向力矩大小为5000N.m，绕Z

方向力矩大小为2000N.m。

2.3改进设计

从前面的计算结果可以看出，造成加强板断裂的主要原因是关键部位圆角及加强筋设计不合

理。根据分析结果，对加强板结构进行改进，改进的原则是在断裂区域更改过渡圆角，去除应力集

中，对于加强筋的分布则根据应变能分布进行设计。改进的加强板结构如下：

图11左加强板结构改进

图12右加强板结构改进

对新方案加强板建立与之前同样的模型，并分别加载Y和Z方向的力矩，得到与老模型对应

的应力结果如下所示：

A、加载Y方向5000N.m力矩

图13老方案危险点最大应力199MPa图14新方案最大应力90MPa

B、加载Z方向2000N.m力矩

图15老方案危险最大应力