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散熱器是水冷式內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中一個(gè)重要部件汽車在行駛過(guò)程中，散熱器承受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)和路面的振動(dòng)載荷，若其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，會(huì)使其各部件間的焊縫產(chǎn)生裂縫而滲漏，從而可能會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作造成影響。常見(jiàn)的散熱器分為管片式與管帶式兩種，其中管帶式目前應(yīng)用更為廣。由于管帶式散熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜及計(jì)算機(jī)軟硬件條件的限制，前人在其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方面所作研究。本研究以汽車所裝1301132- AL型散熱器為例，應(yīng)用有限元分析技術(shù)對(duì)車用管帶式散熱器的結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行了分析。
散熱器的左右吊耳通過(guò)橡膠墊由螺栓固定在車架上，汽車行駛中，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)與路面的振動(dòng)載荷由車架通過(guò)橡膠墊作用在散熱器左右吊耳上，且由路面?zhèn)鱽?lái)的振動(dòng)載荷為隨機(jī)載藏因此，散熱器工作過(guò)程中力學(xué)模型可描述為左右吊耳固定并承受隨機(jī)載荷的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型在臺(tái)架振動(dòng)試驗(yàn)中，散熱器固定模式和承載點(diǎn)與實(shí)車相同，所受載荷為正弦變化周期載藏為散熱器力學(xué)模型示意。
管帶式散熱器結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，某型散熱器包括上下主片、上下儲(chǔ)水室、冷卻水管、散熱帶、左右支撐杭左右側(cè)片以及左右吊耳散熱器各個(gè)零件由不同厚度、不同材質(zhì)的板材或帶料制成，均為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度各不相同的薄壁件，所以運(yùn)用抽取中性平面的方法，選取板殼單元來(lái)建立其有限元模型所選用的彈性變形板殼單元具有彎曲與膜片特點(diǎn)，可以施加垂直于單元平面的載荷或單元平面內(nèi)的載荷，每個(gè)單元有4個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，G，D，每個(gè)有限元節(jié)點(diǎn)擁有6個(gè)自由度，分別為：?jiǎn)卧较虻木�位移自由度，軸的轉(zhuǎn)角自由度該單元具有應(yīng)力強(qiáng)化與大變形性能，單元厚度通過(guò)4個(gè)節(jié)點(diǎn)處的厚度給出，可以指定單元的基本剛度，還可以給單元指定各向異性的材料參數(shù)彈性變形板殼單元的幾何形狀、節(jié)點(diǎn)位置與坐標(biāo)系所示通過(guò)指定板殼單元的厚度來(lái)輸入各個(gè)零部件的厚度散熱器，左右吊耳各墊一個(gè)起緩沖減振作用的橡膠墊，由螺栓、螺母與鎖銷固定在車架或振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上在有限元模型中，在相應(yīng)位置各選用一個(gè)拉壓彈簧一阻尼組合單元來(lái)模擬橡膠墊的緩沖減振作用。所選用的拉壓彈簧一阻尼組合單元是一個(gè)單軸的拉壓?jiǎn)卧袃蓚�(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)有限元節(jié)點(diǎn)具有3個(gè)自由度，分別為：?jiǎn)卧较虻木�位移自由度，剛度通過(guò)k定義，阻尼系數(shù)通過(guò)C定義，不考慮彎曲與扭輥拉壓彈簧-阻尼組合單元的幾何形狀、有限元節(jié)點(diǎn)的位置與坐標(biāo)系。
網(wǎng)格劃分時(shí)需要準(zhǔn)確反映原結(jié)構(gòu)幾何和力學(xué)特性，又要盡量減少單元節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，降低計(jì)算工作量經(jīng)初算后在應(yīng)力較大的危險(xiǎn)部位細(xì)化網(wǎng)格，如主片與冷卻水管相連的焊縫處，在上下儲(chǔ)水室、支撐杭側(cè)片等部位網(wǎng)格相對(duì)粗糙一些，利用零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性可簡(jiǎn)化建模過(guò)程，比如主片，可先建立1/4實(shí)體模型，對(duì)有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再將網(wǎng)格進(jìn)行一次或兩次對(duì)稱復(fù)制即可。散熱器各零部件材料及網(wǎng)格劃分明細(xì)情況模型中共包括41767個(gè)單元，其中板殼單元4176外，彈簧一阻尼組合單元2個(gè)，3809節(jié)點(diǎn)，22857自由度。
約束吊耳與試驗(yàn)臺(tái)或車架固定處節(jié)點(diǎn)的2個(gè)自由度，即以表示散熱器不能橫向或前后運(yùn)動(dòng)，只能隨試驗(yàn)臺(tái)或車架上下運(yùn)動(dòng)或繞，軸輕微轉(zhuǎn)力載荷F通過(guò)拉壓彈簧-阻尼組合單元加在散熱器上約束與加載。
為了驗(yàn)證這個(gè)理論模型，在散熱器研究所實(shí)驗(yàn)室的MTS振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)散熱器進(jìn)行了耐振性能測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，將散熱器內(nèi)部注滿溫水后密封，按散熱器在汽車上的實(shí)際安裝方式，將散熱器左右吊耳各墊一橡膠墊，通過(guò)螺栓、螺母、鎖銷固定在試驗(yàn)臺(tái)上該振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)正弦波上下振，由于型散熱器主要裝在輕型車上，其整車質(zhì)量小于25t所以試驗(yàn)時(shí)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定激振頻率選取為20 H、加速度峰值選取為25 m城振幅選取為±158 mm，振動(dòng)方向選取為垂直。
根據(jù)有限元初步分析結(jié)果，分別在被測(cè)散熱器的上下主片、冷卻水管、上下儲(chǔ)水室、左右側(cè)片各關(guān)鍵部位的測(cè)試點(diǎn)上共布置了19枚直角應(yīng)變花20枚單片應(yīng)變片，來(lái)測(cè)試散熱器在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)力場(chǎng)。
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