基于Optistruct的动力总成悬置瞬态动力学响应分析

动力总成悬置系统（Powertrain Mounting System, PMS）是汽车底盘与动力总成（发动机+变速箱）之间的关键连接部件，其核心作用是支撑、定位、隔振和限位。它直接决定了整车的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能、驾驶平顺性、耐久性及安全性。

使用Optistruct进行动力总成悬置瞬态动力学响应分析是一个复杂但非常重要的工程任务，主要用于评估动力总成及其悬置系统在时变载荷（如发动机点火激励、路面冲击、急加减速等）作用下的动态行为。以下是进行此类分析的关键步骤、要点和注意事项：

1. 动力总成设计参数：

   动力总成性能参数主要包含动力总成总质量、质心坐标和转动惯量，本文以某新能源汽车动力总成悬置为研究目标，该动力总成系统主要设计参数如表1所示：

表1 动力总成设计参数

1. 动力总成悬置系统有限元模型建立：

①动力总成建模方式：动力总成通常视为刚体，采用刚性单元和质量点（RBE2+CONM2）进行模拟，赋予质量和转动惯量。

②悬置支架系统建模：悬置支座一般为铸铝件，通常使用连续体建模，为保证计算精度需精细的网格（尤其是高梯度区域），常用二阶四面体单元。悬置支架一般为钣金结构，常使用壳单元进行模拟，网格密度需足够捕捉动态变形和应力集中。

③连接关系定义：悬置衬套连接使用弹簧单元进行建立，采用CBUSH(带非线性属性 PBUSH/PBUSHT)单元模拟，本文所使用的衬套刚度和阻尼如下表所示，连续体建模时的共节点RB2连接，精确模拟悬置与动力总成、悬置与支架之间的弹性连接。支架与安装点通常采用螺栓连接，使用RBE2进行模拟。

表2 悬置衬套刚度和阻尼数据

④材料属性设置：按照动力总成悬置系统零部件所使用的材料进行设置，本文使用的材料属性如下表所示：

表3 悬置支架材料属性

在Hypermesh软件中完成上述设置，建立的动力总成悬置支架瞬态动力学分析模型如下图所示：

图1 动力总成悬置系统有限元模型

1. 瞬态动力学分析设置

Optistruct瞬态动力学分析主要分为：

①建立随时间变化的动态载荷（TABLED1）;

②建立安装点约束和加速度激励设置（SPC+SPCD）;

③建立时间步分析设置（TSTEP）;

④将加速度激励和动态载荷进行关联（TLOAD1）;

⑤设置结构阻尼（PARMA,G）;

⑥设置输出响应曲线和云图（GLOBAL_OUTPUT_REQUEST）.

以左悬置为单独分析对象，在Hypermesh中建立直接法瞬态动力学载荷分析步Transient（direct），计算悬置支座安装点应力响应输出，建立工况如图2所示

图2 左悬置支座瞬态动力学分析工况设置

1. 动力总成悬置支架瞬态动力学分析结果

在Hypermesh设置完成瞬态动力分析工况后，提交Optistruct求解器求解，计算左悬置安装点应力响应输出，结果如图3所示

图3 左悬置支座应力结果云图和安装点应力响应曲线