تخمين عمر خستگي پرچرخه دسته موتور با استفاده از روش المان محدود و بهبود عمر خستگي دسته موتور

High-cycle fatigue life prediction of engine mounting bracket using finite element method and improvement fatigue life of engine mounting bracket

دسته موتور خودرو متاثر از بارهاي ارتعاشي، سيكلي و ضربه اي ناشي از حركت خودرو در جاده است كه مي بايست قابليت تحمل اين بارهاي ديناميكي را در كل طول عمر خودرو داشته باشد. اما در طراحي قطعات خودرو هموراه دستيابي به بيشترين سفتي، استحكام و حد وام خستگي بالا با استفاده از حداقل مواد، چالش برانگيز بوده است. امروزه در صنعت رقابتي جهاني استفاده از شبيه سازي هاي المان محدود در تخمين عمر خستگي جهت سرعت بخشيدن به تكميل چرخه طراحي تا توليد محصول نهايي با حداقل هزينه ها اجتناب ناپذير است. بنابراين در اين مقاله به بررسي فرايند بهبود دسته موتور آلومينيومي با استفاده از تركيب روش هاي عددي و تجربي پرداخته شد. لذا ابتدا دسته موتور با استفاده از روش هاي المان محدود تحت بارهاي استاتيكي مورد مطالعه قرار گرفت تا نقاط حساس قطعه شناسايي شود. سپس عمر خستگي پرچرخه دسته موتور تحت بارهاي نوساني با استفاده از روش هاي عددي تخمين زده شد. بر اساس نتايج المان محدود و آزمون هاي تجربي نشان داده شد كه مدل اوليه داراي عمر خستگي محدود بوده و عملكرد ايمني را ارائه نمي داد. بنابراين مدل اوليه قطعه در نواحي با تمركز تنش بالا و مستعد ترك اصلاح شد و با استفاده از شبيه سازي المان محدود مجددا مورد بررسي قرار گرفت كه نتايج نشان دهنده بهبود عملكرد دسته موتور بود. همچنين جهت صحت سنجي نتايج از آزمون هاي تجربي خستگي بر روي همين قطعه استفاده شد كه نتايج نشان داد دسته موتور در بارهاي نوساني جاده عمر بي نهايت را ارائه خواهد داد و مدل عددي پيش بيني عمر خستگي انطباق خوبي با نتايج تجربي داشته و بدرستي محل حساسيت قطعه و عمر قطعه را پيش بيني كرده است.

The car engine mounting bracket is affected by vibrational, cyclic, and shock loads caused by the car moving on the road, which must be able to withstand these dynamic loads throughout the life of the car. But in designing car parts, achieving maximum rigidity, strength and high fatigue limit with the use of minimal materials has been challenging. In today s competitive global industry, the use of finite element simulations in estimating fatigue life to accelerate the completion of the design cycle to the production of the final product with minimal costs is inevitable. Therefore, in this paper, the process of improving the aluminum engine mounting bracket was investigated using a combination of numerical and experimental methods. Therefore, first, the engine mounting bracket was studied using finite element methods under static loads to identify the sensitive points of the part. Then, the fatigue life of the mounting bracket under oscillating loads was estimated using numerical methods. Based on the finite element results and experimental tests, it was shown that the initial model had a limited fatigue life and did not provide safety performance. Therefore, the initial model of the part was modified in areas with high-stress concentration and prone to crack and was re-examined using finite element simulation, which showed the results of improving the performance of the mounting bracket. Also, to validate the results, fatigue experimental tests were used on the same part. The results showed that the engine mounting bracket will provide infinite life at road oscillating loads and correctly predicted the fatigue life of the engine mounting bracket.