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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程中，散熱器承受來自發(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橡膠墊由螺栓固定在車架上，汽車行駛中，來自發(fā)動(dòng)機(jī)與路面的振動(dòng)載荷由車架通過橡膠墊作用在散熱器左右吊耳上，且由路面?zhèn)鱽淼恼駝?dòng)載荷為隨機(jī)載藏因此，散熱器工作過程中力學(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：單元方向的線位移自由度，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)系所示通過指定板殼單元的厚度來輸入各個(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)單軸的拉壓單元，有兩個(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：單元方向的線位移自由度，剛度通過k定義，阻尼系數(shù)通過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)稱性可簡化建模過程，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，來測試散熱器在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)力場。
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