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板翅式機(jī)油冷卻器(簡稱油冷器)是一種新型換熱器，其結(jié)構(gòu)緊湊，換熱功率大，廣泛用于車用柴油機(jī)等對油冷器體積和功率均有嚴(yán)格要求的場合。與其他形式的換熱器相比，該換熱器采用層層錯(cuò)開的擾流片(即翅片)來加強(qiáng)油側(cè)換熱，油側(cè)阻力損失較大，故芯片承受壓力較大。此外，油冷器通常直接安裝在發(fā)動機(jī)機(jī)體上，工作條件惡劣。鑒于以上因素，油冷器的耐壓強(qiáng)度必須得到嚴(yán)格保證。生產(chǎn)廠家通常采用油壓爆破實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)油冷器的耐壓強(qiáng)度。然而，實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在現(xiàn)有爆破實(shí)驗(yàn)條件下，各型油冷器的破壞位置均具有一定傾向性，該現(xiàn)象無法用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法解釋。
本文采用數(shù)值方法，借助有限元分析軟件ANSYS分別從靜態(tài)和動態(tài)角度對加壓爆破過程進(jìn)行仿真。通過計(jì)算，揭示了油冷器油側(cè)壓力和芯片應(yīng)力的分布規(guī)律，從而為油壓爆破實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)提供指導(dǎo)，并為提高油冷器耐壓強(qiáng)度提供依據(jù)。
板翅式油冷器由數(shù)層芯片層迭焊接而成。采用釬焊工藝將翅片焊接在上、下芯板之間.翅片側(cè)走油，芯板外側(cè)走水。油冷器左、右法蘭上分別布置有進(jìn)、出油口，油冷器在出廠前需抽樣進(jìn)行油壓爆破實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)其耐壓能力，該實(shí)驗(yàn)通常借助電動試壓泵進(jìn)行，試壓泵的出油管與油冷器的進(jìn)油口相連，出油口用盲板法蘭堵住.試壓泵將高壓機(jī)油泵入油側(cè)流道中，逐漸加壓直至油冷器破裂。此時(shí)油冷器破裂的位置即為失效位置，對應(yīng)油壓即為失效油壓。
實(shí)測顯示，若翅片和芯板間存在虛焊，油冷器在較低的壓力下即在虛焊處破裂，這是加工因素造成的，屬于產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，若無虛焊，則油冷器在較高的油壓下(20 MPa左右)才會破壞，且破壞位置具有如下特征：①底芯片與進(jìn)、出油口相對底板上油道轉(zhuǎn)角處的兩處翅片最先被拉斷，即破壞位置只會首先出現(xiàn)在A或B處；②底芯片在與盲板法蘭相對的油道轉(zhuǎn)角處翅片被拉斷的幾率更大，即B處破壞幾率高于A處的破壞幾率。某型油冷器20個(gè)工件破壞位置的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中顯示B處發(fā)生破壞的幾率是A處的5.7倍。該型油冷器某工件B區(qū)域的剖面，可見底層芯片油道轉(zhuǎn)角區(qū)域的翅片從中間拉斷，油冷器在此區(qū)域已瓢曲變形。
由于油冷器焊點(diǎn)密布，芯片與芯片之間分布有許多凸臺等支撐部件，故其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單純采用傳統(tǒng)方法很難從理論上分析出其失效位置，況且其結(jié)構(gòu)對稱，傳統(tǒng)的靜態(tài)分析理論也無法解釋A,B處破壞幾率不同的原因。故將數(shù)值方法引入分析，借助有限元軟件ANSYS分別從靜態(tài)和動態(tài)兩方面對爆破實(shí)驗(yàn)時(shí)油冷器部件應(yīng)力分布和油道內(nèi)部壓力場進(jìn)行分析。
油冷器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模難度較大。為使模型不局限于某型產(chǎn)品的某種分析，借助ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言(APDL)、采用模塊化方式編制油冷器整體(包括油冷器、水殼和油道)建模程序，該程序分為數(shù)據(jù)輸入和建模2個(gè)模塊。
數(shù)據(jù)輸入模塊的前4個(gè)文件錄入總體結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)定零部件材料物性、提供凸臺位置參數(shù)以及控制網(wǎng)格尺寸，其數(shù)據(jù)均由用戶輸入；第5個(gè)文件是數(shù)據(jù)處理文件，一般不需編輯。這5個(gè)文件由DATA-SETTING.TXT文件統(tǒng)一調(diào)用，建模模塊的程序建立油冷器、油道和水殼的一個(gè)截面并劃分網(wǎng)格；拖拉此截面形成體，同時(shí)建立油側(cè)和水側(cè)入口；在分好網(wǎng)格的模型中選擇出各部件并為其分配物性以供其他計(jì)算使用。為簡化模型，采用實(shí)心體積代替錯(cuò)齒的翅片，實(shí)心體積的各項(xiàng)物性參數(shù)由所用材料物性和翅片空隙率折算而成。
該程序建立的油冷器模型為基本模型.對于特定分析，只需稍微修改模型并施加合適的邊界條件即可。此模型可用于油冷器的耐壓強(qiáng)度、模態(tài)和流場等各種分析。
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