基于有限元法的某商用車散熱器支架疲勞強(qiáng)度優(yōu)化研究

余子貴 黃勤

摘 要：為解決路試過(guò)程中出現(xiàn)的某商用車散熱器暖支架開(kāi)裂故障問(wèn)題，文章基于有限元方法對(duì)散熱器支架進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞分析，同時(shí)采集試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)車加速度數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，特定路面加速度峰值較大，對(duì)暖水管支架進(jìn)行了隔振優(yōu)化設(shè)計(jì)，CAE分析結(jié)果滿足要求，路試考核通過(guò)。

關(guān)鍵詞：散熱器支架;疲勞強(qiáng)度;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U464.138+.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）19-98-03

Study on fatigue strength of radiator bracket of Light Truck cab with Ncode

Yu Zigui， Huang Qin

（ Product Development & Technical Center， Jiangxi-Isuzu Motors Co.， Ltd， Jiangxi Nanchang 330100 ）

Abstract： In order to solve the cracking problem of radiator bracket in a commercial vehicle during the road test， in this paper， the strength and fatigue analysis of radiator bracket is carried out by ncode. At the same time， the acceleration data of the real vehicle is collected in the test field， and the test results show that the peak acceleration of specific road surface is large. The vibration isolation optimization design of the hot water pipe support is carried out， CAE analysis results meet the require -ments， and the road test is passed.

Keywords： Radiator bracket; Fatigue strength; Structural optimization

CLC NO.： U464.138+.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-98-03

1 引言

隨著國(guó)家物流行業(yè)快速發(fā)展，商用車銷量也隨之大幅增長(zhǎng)，而散熱器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵零部件，其強(qiáng)度性能對(duì)于整車?yán)鋮s功能正常使用有著基礎(chǔ)性影響[1]，隨著人們對(duì)汽車動(dòng)力性、舒適性及安全性的要求越來(lái)越高，越來(lái)越多的零部件被集成到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，故需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱性能[2]，良好的散熱器支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，會(huì)有效的保證散熱器性能功能高效實(shí)用，故研究散熱器支架結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度具有重要價(jià)值。

本文研究源于某商用車散熱器支架路試期間出現(xiàn)了開(kāi)裂問(wèn)題，如圖1所示，影響了整車流場(chǎng)性能，需優(yōu)化解決此問(wèn)題。本文基于有限元法，采用Hyperworks和Ncode軟件，對(duì)散熱器系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞分析，同時(shí)采集試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)車加速度數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障原因查找及結(jié)構(gòu)隔振優(yōu)化分析，提出了高性價(jià)比優(yōu)化方案，最終通過(guò)路試考核，關(guān)閉了此故障問(wèn)題。

2 散熱器加速度采集及分析

2.1 試驗(yàn)場(chǎng)耐久道路工況

海南瓊海熱帶汽車試驗(yàn)場(chǎng)是我國(guó)首個(gè)汽車試驗(yàn)場(chǎng)，是現(xiàn)代化濕熱氣候的汽車試驗(yàn)基地，擁有可靠性試驗(yàn)路、強(qiáng)化腐蝕路等路面[3]。本文研究的商用車開(kāi)展的是壞路考核試驗(yàn)，主要包括扭曲路、石塊路、條石路、搓板路、陡坡路、魚(yú)鱗路、陰井蓋路、波形路等路面（圖2）。

2.2 散熱器加速度采集試驗(yàn)

本文對(duì)某商用車散熱器進(jìn)行了試驗(yàn)場(chǎng)加速度采集試驗(yàn)，采用了三向加速度計(jì)，布點(diǎn)4個(gè)，如圖3所示，以獲得散熱器加速度激勵(lì)響應(yīng)數(shù)據(jù)。

2.3 加速度采集測(cè)試結(jié)果分析

本文在試驗(yàn)場(chǎng)綜合壞路進(jìn)行了散熱器加速度采集試驗(yàn)，每組數(shù)據(jù)測(cè)試三輪，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)時(shí)域和頻域內(nèi)加速度測(cè)試結(jié)果如圖4所示。由表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，在搓板路面下，測(cè)點(diǎn)1頻域下加速度峰值達(dá)到9.9g，對(duì)應(yīng)頻率為25Hz，為發(fā)動(dòng)機(jī)二階怠速頻率附近，存在耦合，據(jù)此可得出此商用車散熱器路試工況下加速度峰值較大，需進(jìn)行隔振優(yōu)化。

3 散熱器CAE優(yōu)化分析

3.1 散熱器CAE位移響應(yīng)分析

本文采用Hyperworks軟件建立散熱器有限元模型，見(jiàn)圖5。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按照 X7g，Y7g，Z向10g計(jì)算得到散熱器位移響應(yīng)結(jié)果，如圖6所示，結(jié)果顯示X7g，Y7g，Z10g對(duì)應(yīng)散熱器位移為2.6mm，1.8mm，6.5mm，散熱器響應(yīng)位移較大。

3.2 散熱器CAE振動(dòng)疲勞分析

本文采用Ncode軟件，對(duì)散熱器進(jìn)行了振動(dòng)疲勞CAE分析，對(duì)散熱器連接點(diǎn)施加X(jué)/Y/Z三向各1g激勵(lì)，再進(jìn)行振動(dòng)疲勞分析，加速度功率譜如表2。

根據(jù)表2激勵(lì)條件，對(duì)散熱器支架進(jìn)行疲勞分析，損失結(jié)果如圖7所示，基礎(chǔ)方案損失值為1.082，最大損失位置與失效點(diǎn)一致，大于目標(biāo)值1，故障得到還原，增加隔振襯套后，散熱器支架最大損失值為6.8E-10，遠(yuǎn)小于目標(biāo)值，改善效果顯著，且路試驗(yàn)證通過(guò)。

4 結(jié)論

本文基于Hyperworks和Ncode軟件，對(duì)某商用車散熱器支架開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行了位移響應(yīng)及振動(dòng)疲勞分析，同時(shí)在試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了加速度采集，排查了散熱器支架開(kāi)裂問(wèn)題主要來(lái)源于搓板路振動(dòng)過(guò)大，最后進(jìn)行了散熱器結(jié)構(gòu)隔振優(yōu)化，CAE疲勞分析滿足目標(biāo)要求，同時(shí)路試考核驗(yàn)證通過(guò)，有效解決了此故障問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔亞奇，夏志偉等.商用車散熱器主片開(kāi)裂故障分析[J].汽車科技，2019，16（1）：86-90.

[2] 王露陽(yáng).某商用車發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理研究與改進(jìn)[D].南京：南京理工大學(xué)，2017.

[3] 竇占峰，卞學(xué)良，郝博然.基于虛擬樣機(jī)的某商用車駕駛室疲勞壽命仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（18）：143-146+160.

[4] 龔紅兵.海南汽車試驗(yàn)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)強(qiáng)化系數(shù)的計(jì)算[J].汽車研究與開(kāi)發(fā)，1997，26（1）：35-39.