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汽车散热器结构的动强度分析

发布于:2016-11-18 21:02
有限元分析

      散热器是水冷式内燃机冷却系统中一个重要部件汽车在行驶过程中,散热器承受来自发动机和路面的振动载荷,若其结构强度不足,会使其各部件间的焊缝产生裂缝而渗漏,从而可能会对发动机的正常工作造成影响。常见的散热器分为管片式与管带式两种,其中管带式目前应用更为广。由于管带式散热器结构复杂及计算机软硬件条件的限制,前人在其结构强度分析方面所作研究。本研究以汽车所装1301132- AL型散热器为例,应用有限元分析技术对车用管带式散热器的结构动强度进行了分析。
      散热器的左右吊耳通过橡胶垫由螺栓固定在车架上,汽车行驶中,来自发动机与路面的振动载荷由车架通过橡胶垫作用在散热器左右吊耳上,且由路面传来的振动载荷为随机载藏因此,散热器工作过程中力学模型可描述为左右吊耳固定并承受随机载荷的动态力学模型在台架振动试验中,散热器固定模式和承载点与实车相同,所受载荷为正弦变化周期载藏为散热器力学模型示意。
      管带式散热器结构非常复杂,某型散热器包括上下主片、上下储水室、冷却水管、散热带、左右支撑杭左右侧片以及左右吊耳散热器各个零件由不同厚度、不同材质的板材或带料制成,均为结构复杂、厚度各不相同的薄壁件,所以运用抽取中性平面的方法,选取板壳单元来建立其有限元模型所选用的弹性变形板壳单元具有弯曲与膜片特点,可以施加垂直于单元平面的载荷或单元平面内的载荷,每个单元有4个节点A,B,G,D,每个有限元节点拥有6个自由度,分别为:单元方向的线位移自由度,轴的转角自由度该单元具有应力强化与大变形性能,单元厚度通过4个节点处的厚度给出,可以指定单元的基本刚度,还可以给单元指定各向异性的材料参数弹性变形板壳单元的几何形状、节点位置与坐标系所示通过指定板壳单元的厚度来输入各个零部件的厚度散热器,左右吊耳各垫一个起缓冲减振作用的橡胶垫,由螺栓、螺母与锁销固定在车架或振动试验台上在有限元模型中,在相应位置各选用一个拉压弹簧一阻尼组合单元来模拟橡胶垫的缓冲减振作用。所选用的拉压弹簧一阻尼组合单元是一个单轴的拉压单元,有两个节点,每个有限元节点具有3个自由度,分别为:单元方向的线位移自由度,刚度通过k定义,阻尼系数通过C定义,不考虑弯曲与扭辊拉压弹簧-阻尼组合单元的几何形状、有限元节点的位置与坐标系。
      网格划分时需要准确反映原结构几何和力学特性,又要尽量减少单元节点的数量,降低计算工作量经初算后在应力较大的危险部位细化网格,如主片与冷却水管相连的焊缝处,在上下储水室、支撑杭侧片等部位网格相对粗糙一些,利用零部件的结构对称性可简化建模过程,比如主片,可先建立1/4实体模型,对有限元模型进行网格划分,再将网格进行一次或两次对称复制即可。散热器各零部件材料及网格划分明细情况模型中共包括41767个单元,其中板壳单元4176外,弹簧一阻尼组合单元2个,3809节点,22857自由度。
      约束吊耳与试验台或车架固定处节点的2个自由度,即以表示散热器不能横向或前后运动,只能随试验台或车架上下运动或绕,轴轻微转力载荷F通过拉压弹簧-阻尼组合单元加在散热器上约束与加载。
      为了验证这个理论模型,在散热器研究所实验室的MTS振动试验台上对散热器进行了耐振性能测试试验时,将散热器内部注满温水后密封,按散热器在汽车上的实际安装方式,将散热器左右吊耳各垫一橡胶垫,通过螺栓、螺母、锁销固定在试验台上该振动试验台能实现正弦波上下振,由于型散热器主要装在轻型车上,其整车质量小于25t所以试验时按照国家标准规定激振频率选取为20 H、加速度峰值选取为25 m城振幅选取为±158 mm,振动方向选取为垂直。
      根据有限元初步分析结果,分别在被测散热器的上下主片、冷却水管、上下储水室、左右侧片各关键部位的测试点上共布置了19枚直角应变花20枚单片应变片,来测试散热器在振动试验台上的应力场。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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