日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

基于NASTRAN的散熱器冷卻液滲漏問題復(fù)現(xiàn)與優(yōu)化

2020-06-29 23:48:51·  來源：汽車熱管理之家  作者：胡海歐 陳韜 一汽轎車股份有限公司  
　
摘要：為解決某車型散熱器冷卻液滲漏問題，基于有限元靜力分析基礎(chǔ)理論，運用Nastran軟件對散熱器開裂滲漏區(qū)域進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，確定滿足虛擬仿真分析中的高應(yīng)力部
摘要：為解決某車型散熱器冷卻液滲漏問題，基于有限元靜力分析基礎(chǔ)理論，運用Nastran軟件對散熱器開裂滲漏區(qū)域進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，確定滿足虛擬仿真分析中的高應(yīng)力部位與實車散熱器滲漏 域一致性條件的最佳工況方案。借助于該工況方案，對不同優(yōu)化方案進(jìn)行強度仿真分析，尋找可行的優(yōu)化方案，針對虛擬驗證無滲漏的優(yōu)化方案進(jìn)行試制試驗，樣車強化壞路耐久路試后散熱器冷卻液無滲漏問題，仿真分析與試驗吻合度高，從而驗證了仿真分析與優(yōu)化設(shè)計的可行性。

1 前言

在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，國內(nèi)外各大整車制造企業(yè)越來越重視由于強度不夠而導(dǎo)致汽車零部件破壞的問題，幾乎每種新開發(fā)車型都需要考察其強度性能。按照傳統(tǒng)的方法，汽車企業(yè)對于新車型強度性能的評估都是利用實車在臺架或各道路試車場進(jìn)行測試，該方式雖然是最直接且最準(zhǔn)確的，但測試時間十分冗長且耗費人力與物力，即使發(fā)現(xiàn)了問題，再去優(yōu)化設(shè)計，勢必會延長車型的開發(fā)周期，增加經(jīng)濟成本，從而削弱產(chǎn)品在市場上的競爭力。

針對上述問題，運用基于有限元理論的數(shù)值分析方法即可在物理樣車試制前對產(chǎn)品的強度性能進(jìn)行評價，減少設(shè)計風(fēng)險數(shù)量；也可對路試測試過程中出現(xiàn)的開裂問題進(jìn)行再現(xiàn)，以便定位故障原因，選擇最佳優(yōu)化方案，快速規(guī)避開裂風(fēng)險，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高市場競爭力。Nastran以其強大的線性模擬仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)強度CAE分析中。經(jīng)過40多年的發(fā)展，Nastran已是虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境中最主要的核心產(chǎn)品，為用戶提供功能全面、多學(xué)科集成的虛擬產(chǎn)品解決方案，成為在各個領(lǐng)域用戶群最多、應(yīng)用最為廣泛的有限元分析軟件。

2 Nastran靜力分析基礎(chǔ)理論

Nastran求解器支持多學(xué)科及其高性能分析，包括靜力、動力學(xué)、熱力學(xué)、屈曲、振動、靈敏度分析及優(yōu)化設(shè)計等，調(diào)用Nastran進(jìn)行靜力計算，前后處理運用HyperWorks相關(guān)模塊。Nastran靜力分析基礎(chǔ)理論可以概括為以下幾點。
a.離散化。連續(xù)體離散化是有限元分析的前提和基礎(chǔ)，所謂離散化，則是將求解對象劃分為有限的微小單元，這些單元通過節(jié)點相互連接，同時，載荷在相鄰單元間相互傳遞。

b.位移函數(shù)。在計算中，求解對象的位移、應(yīng)力、應(yīng)變通過節(jié)點位移來描述，通常假設(shè)單元位移是坐標(biāo)的某種函數(shù)，位移函數(shù)如下。
基于NASTRAN的散熱器冷卻液滲漏問題復(fù)現(xiàn)與優(yōu)化
 
式中，為單元中任何一點的位移矩陣；[C]為形函數(shù)矩陣為節(jié)點位移矩陣。
 
 
c.有限元單元力學(xué)特性。根據(jù)幾何方程，由公式1可以導(dǎo)出應(yīng)變和節(jié)點位移關(guān)系函數(shù)如下。
 
式中，為單元應(yīng)變矩陣；[C′]為形函數(shù)矩陣。
 
根據(jù)物理方式，由公式2得出節(jié)點位移和單元應(yīng)力的關(guān)系函數(shù)如下。
 
式中，為單元應(yīng)力矩陣；[M]為材料彈性矩陣。
 
由虛功原理可以建立平衡方程，見公式4。
 
式中，為單元剛度矩陣；[F]e為載荷剛度矩陣。
 
d.計算節(jié)點載荷。在彈性體結(jié)構(gòu)被離散后，假定各向載荷通過節(jié)點從一個單元傳遞到與其相鄰的單元。但對于連續(xù)體，各向載荷是從單元的公共邊界傳遞到相鄰單元，于是可以根據(jù)虛功等效原理[1]，將作用在單元上的各向載荷等效移植到節(jié)點上[2]，從而快速完成節(jié)點載荷計算。

e.建立結(jié)構(gòu)平衡方程。力學(xué)特性方程建立后，可以導(dǎo)出總剛度矩陣和總載荷矩陣，同時運用引入單元節(jié)點自由度的轉(zhuǎn)換矩陣[]
Tr，如下。
 
將公式5代入至4中，兩邊同時乘以[Tr]T，可以得出如下公式。
 
基于NASTRAN的散熱器冷卻液滲漏問題復(fù)現(xiàn)與優(yōu)化1
 
由虛功原理及其最小勢能原理可以導(dǎo)出結(jié)構(gòu)的平衡方程如下。
其中結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣；總載荷矩陣為整體節(jié)點位移矩陣。
 
f.方程求解。通過調(diào)用Nastran求解上述結(jié)構(gòu)平衡方程，得到有限元模型中各個節(jié)點在整車坐標(biāo)系下各個方向的位移，調(diào)用該些節(jié)點位移可以求解其對應(yīng)單元的應(yīng)力和應(yīng)變，最后對計算結(jié)果文件用HyperView進(jìn)行后處理。

3 散熱器冷卻液滲漏問題復(fù)現(xiàn)

3.1 冷卻液滲漏問題

某車型散熱器由進(jìn)水室、出水室及散熱器芯部等三部分構(gòu)成，如圖1所示，散熱器芯部由散熱管和散熱器翅片組成，散熱管為扁管結(jié)構(gòu)，且與散熱器翅片焊接在一起。采用塑制散熱器水室和鋁制芯子，減輕使散熱器質(zhì)量。同時，使用4個橡膠安裝支架，起到減緩振動作用。該車型兩臺試驗車分別行駛1.47、1.68萬公里強化壞路時，發(fā)現(xiàn)圖1圓圈區(qū)域出現(xiàn)冷卻液滲出現(xiàn)象。

3.2 問題原因分析

散熱器漏液情況并不嚴(yán)重，采用宏觀的觀察手段并沒有找到漏點，懷疑導(dǎo)致漏水的裂紋較小，不易觀察，因此決定對樣品進(jìn)行CT掃描。掃描從最容易產(chǎn)生裂紋的散熱器邊緣開始，共掃描了如圖2所示的9根扁管。

針對上述9根扁管的CT掃描結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)分析，其中4、5、6號扁管存在疲勞裂紋，如圖3所示。

通過圖3所示結(jié)果可知，從邊緣向內(nèi)的3根扁管均存在裂紋，裂紋位置都位于扁管和主片釬焊連接處，且在連接處的前部和后部、上方和下方均有分布。

3.3 問題復(fù)現(xiàn)

運用有限元分析方法，對開裂原因進(jìn)行分析，對開裂區(qū)域進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)。尋求恰當(dāng)?shù)墓r設(shè)計方案，找到吻合實車開裂處的高應(yīng)力區(qū)域，是CAE問題再現(xiàn)的直接目標(biāo)，也是優(yōu)化設(shè)計的前提。
圖1 散熱器構(gòu)成與冷卻液滲漏區(qū)域
圖2 散熱器滲漏區(qū)域切割樣品
 
圖3 開裂扁管CT掃描結(jié)果
 
鑒于該散熱器供應(yīng)商在已涵蓋脈沖、冷熱沖擊等因素的臺架試驗中未出現(xiàn)開裂滲漏問題，則開裂因素主要是由于車輛在強化壞路行駛過程中振動引起的疲勞損傷累計，但由于散熱器接附點實際載荷譜采集難度大且項目要求的優(yōu)化時間短等原因，采用基于載荷譜的疲勞分析的方案可行性小，采用極限工況下的加速度法進(jìn)行靜力學(xué)分析，找到開裂的趨勢，各個方向的加速度設(shè)置見表1。另外，該散熱器開裂滲漏區(qū)域為非密封區(qū)域，且優(yōu)化時間要求短，該分析僅考慮線性分析，不涵蓋橡膠密封件的建模。極限工況加速度法實施難度小，問題復(fù)現(xiàn)時間短。其有限元模型與工況設(shè)計見表1，但由于載荷大小為公司產(chǎn)品開發(fā)機密，這里僅以字母代替。并將散熱器總成質(zhì)量進(jìn)行分配，該模型質(zhì)量合計為26.5 kg，其中包括風(fēng)扇、前副散熱器、冷凝器（冷凝器與散熱器存在連接，二者相關(guān)作用力轉(zhuǎn)化成質(zhì)量點，如圖4所示）。
 
表1 工況設(shè)計加速度設(shè)置
 
從如圖5分析結(jié)果來看，散熱器高應(yīng)力主要出現(xiàn)在垂向跳與轉(zhuǎn)彎工況，該兩種工況對疲勞損傷的累計最大，CAE分析結(jié)果的高應(yīng)力區(qū)域與實車開裂位置吻合。
 
圖4 工況設(shè)計
 
圖5 問題復(fù)現(xiàn)CAE分析
 
針對上述高應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行分析，導(dǎo)致該區(qū)域應(yīng)力較高的原因為冷凝器與散熱器接附點相互作用的結(jié)果。

4 優(yōu)化方案設(shè)計

通過問題復(fù)現(xiàn)的CAE分析，優(yōu)化的目標(biāo)為降低冷凝器與散熱器接附區(qū)域的應(yīng)力。由于冷凝器與散熱器之間的相互作用力無法降低，采用改變載荷傳遞路徑的方法以弱化開裂區(qū)域應(yīng)力，如圖6所示，強化冷凝器支架外側(cè)加強筋的同時取消內(nèi)側(cè)加強筋。
 
圖6 優(yōu)化設(shè)計
 
確定優(yōu)化方案后，更新有限元模型，并取垂向跳與彎道行駛工況來進(jìn)行CAE分析驗證，計算結(jié)果如圖7、圖8所示。
 
將原方案與新方案的應(yīng)力值進(jìn)行對比，對冷凝器支架區(qū)域的加強筋進(jìn)行優(yōu)化后，開裂區(qū)域應(yīng)力值減小至原方案的21.6%，抗破壞性能提高78.4%，優(yōu)化效果明顯。考慮到該車型在1.5萬公里左右才失效，已完成強化耐久目標(biāo)2萬公里的75%，根據(jù)多款車型在該強化壞路上的優(yōu)化經(jīng)驗，疲勞損傷基本與應(yīng)力值成線性關(guān)系，預(yù)估該方案可以完成2.676萬公里，該優(yōu)化方案可以完成強化耐久路面2萬公里的目標(biāo)。
 
5 路試驗證
 
圖7 垂向跳應(yīng)力云圖結(jié)果對比
圖8 彎道行駛應(yīng)力云圖結(jié)果對比

確定最終優(yōu)化方案后，對該車型散熱器進(jìn)行部件變更，將最終的優(yōu)化方案在車型上進(jìn)行體現(xiàn)，該車在行駛26156公里強化壞路后，散熱器未出現(xiàn)滲漏，階段性實車驗證與CAE分析結(jié)果一致，后期將對原開裂區(qū)域進(jìn)行持續(xù)跟蹤，考察該車在行駛3萬公里后的是否開裂滲漏，以便驗證CAE優(yōu)化方案。

6 結(jié)束語

汽車部件開裂失效是疲勞破壞的常見形式，在工程設(shè)計階段運用有限元分析方法對開發(fā)車型進(jìn)行強度分析，于試制樣車前發(fā)掘潛在風(fēng)險并結(jié)合工藝可行性提前優(yōu)化設(shè)計，消除風(fēng)險。在后期路試試驗過程中，如果出現(xiàn)某些部件開裂問題，也可以運用有限元分析方法，對開裂區(qū)域進(jìn)行問題再現(xiàn)，確定符合實車開裂情況的CAE分析工況，然后選擇最佳的優(yōu)化方案，從而大幅度縮短樣件試制-路試試驗的循環(huán)周期，節(jié)約開發(fā)成本。
 
Nastran以其強大的線性模擬仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)CAE結(jié)構(gòu)分析中，運用Nastran求解器可以快速地對進(jìn)行強度分析。從散熱器開裂滲漏問題的收集、原因?qū)ふ摇AE分析工況設(shè)計、目標(biāo)值確定到最終優(yōu)化方案的選取，形成了一套清晰可行的技術(shù)分析流程，并對比后續(xù)樣車路試結(jié)果，仿真分析與實車試驗吻合度高，從而驗證了仿真分析與優(yōu)化設(shè)計的可行性，為后續(xù)部件開裂分析及其優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)積累。
 
 
分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25