汽车尿素箱支架结构轻量化设计

钟宏松，沈保山，王康，史荣旭，肖一帆

(无锡职业技术学院汽车与交通学院， 江苏无锡 214000)

0 引言

汽车尿素，即柴油机尾气处理液，能够吸收氮氧化合物的除污液体，其中包含了67.5%的去离子水和32.5%的高纯尿素，存储在尿素箱内[1]。

尿素箱多为通过支架外挂在车身上，在重型汽车运行过程中，工况恶劣，从而导致尿素箱支架失效，故障率高。很多研究工作致力于解决尿素箱支架承重问题、优化尿素箱支架结构。如鲍晓东等[2]总结了一套适用于重型车辆支架疲劳验证的台架试验规范；李亮等人[3]阐述了结构频率响应和振动疲劳寿命的基本原理；文新海等[4]阐述了结构随机振动疲劳寿命的基本原理及基于激励跑谱的振动疲劳寿命分析的方法和流程。本文作者基于有限元分析手段，对尿素箱支架进行有限元强度分析，根据计算结果中关键部位的应力分布，对支架结构进行优化以实现部件轻量化目标,继而实现汽车轻量化，提高汽车的动力性和降低燃油油耗[5]。

1 有限元原理

有限元是解决机械类复杂工程问题的一种数值分析工具，有着复杂而庞大的理论体系[6]。基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。其本质是求出每一个单元表示的复杂未知量的近似解，然后推理出域的满足条件，进而求得问题的解。在有限元中，常以节点位移作为基本未知量。并对每个单元根据分块近似的思想，假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律，再利用力学理论中的变分原理或其他看法，建立节点力与位移之间的力学特性关系，得到一组以节点位移为未知量的代数方程，从而求解节点的位移分量。……