基于NASTRAN的某商用車空調(diào)壓縮機(jī)支架性能仿真研究

陳 海

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330010）

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇快速發(fā)展，商用車銷量得到迅猛增長(zhǎng)，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運(yùn)輸貨物的必然選擇[1]。汽車空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)，作為整車?yán)鋮s系統(tǒng)重要組成部分，將蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓的氣態(tài)制冷劑通過(guò)壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)制冷劑，送入給冷凝器，對(duì)整車空調(diào)屬性有著直接關(guān)聯(lián)影響，而其固定支架模態(tài)和強(qiáng)度和疲勞性能，是保證整車良好空調(diào)性能正常使用的前提[2-3]，因此研究壓縮機(jī)及支架性能具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文基于有限元法，采用 Nastran軟件，對(duì)某商用車空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)，強(qiáng)度和疲勞分析分析結(jié)果顯示，空調(diào)壓縮機(jī)及支架 NVH模態(tài)，強(qiáng)度和耐久性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2 空調(diào)壓縮機(jī)支架CAE模態(tài)分析

2.1 空調(diào)壓縮機(jī)支架有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對(duì)某商用車壓縮機(jī)支架系統(tǒng)進(jìn)行建模，網(wǎng)格尺寸大小 3mm，支架材料為 ADC12，有限元模型如圖1所示。

圖1 某商用車空調(diào)壓縮機(jī)支架FEA模型

2.2 空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)分析

經(jīng)Hypermesh建模后，采用Nastran軟件對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)支架進(jìn)行模態(tài)分析，分析結(jié)果顯示一階模態(tài)主要是繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，頻率為293Hz。

圖2 壓縮機(jī)支架模態(tài)分析結(jié)果

按照設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，發(fā)動(dòng)機(jī)附件支架的頻率需大于發(fā)動(dòng)機(jī)二階頻率，并有一定安全余量。本文研究車型發(fā)動(dòng)機(jī) 4400rpm的最高轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的二階頻率為147Hz，故支架系統(tǒng)的頻率需大于 176Hz，CAE分析結(jié)果顯示壓縮機(jī)支架一階頻率為293Hz，滿足目標(biāo)要求，如圖3所示。

圖3 壓縮機(jī)支架頻率分布校核圖

3 空調(diào)壓縮機(jī)支架CAE強(qiáng)度分析

本文基于有限元法，采用 ABAQUS軟件，對(duì)某商用車壓縮機(jī)支架進(jìn)行了CAE強(qiáng)度分析，模型單元為二階四面體單元，螺栓和虛擬機(jī)體為一階六面體單元，各平面接觸使用ABAQUS軟件contact 定義接觸，螺紋連接部分用Tie單元，約束虛擬樣機(jī)。空調(diào)壓縮機(jī)總質(zhì)量為5.9kg?？照{(diào)輪系布置如圖4，皮帶力為1030N，空調(diào)壓縮機(jī)螺栓預(yù)緊力為17600N，強(qiáng)度模型如圖5所示。

圖4 空調(diào)輪系布置圖

圖5 空調(diào)壓縮機(jī)3.1支架系統(tǒng)強(qiáng)度模型

本文開(kāi)展的強(qiáng)度分析工況為：X向15g，Y向15g，Z向15g。壓縮機(jī)支架最大應(yīng)力分別為 194MPa，192MPa和191MPa，如圖6所示，小于材料屈服強(qiáng)度225MPa，滿足目標(biāo)要求。根據(jù)圖7，空調(diào)壓縮機(jī)后端固定螺栓X向最大位移較大，主要是由于螺桿凸臺(tái)存在一側(cè)挖孔。

圖6 壓縮機(jī)支架強(qiáng)度分析結(jié)果

4 空調(diào)壓縮機(jī)支架CAE疲勞分析

本文采用Ncode軟件對(duì)壓縮機(jī)支架進(jìn)行CAE疲勞分析，疲勞安全系數(shù)目標(biāo)為1.25，CAE分析結(jié)果如圖8，支架最小疲勞安全系數(shù)為2.7，壓縮機(jī)最小疲勞安全系數(shù)為2.1，滿足要求。

圖8 壓縮機(jī)及支架疲勞分析結(jié)果

5 結(jié)論

本文基于有限元法，采用 Nastran軟件，對(duì)某商用車空調(diào)壓縮機(jī)及支架進(jìn)行了 CAE模態(tài)，強(qiáng)度和疲勞分析，CAE分析結(jié)果顯示：

（1）空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)的一階固有頻率為293MPa，滿足振動(dòng)目標(biāo)要求；

（2）壓縮機(jī)支架在各工況下，最大應(yīng)力都在材料屈服強(qiáng)度以下，滿足靜強(qiáng)度要求；

（3）支架最小疲勞安全系數(shù)為2.7，大于1.25目標(biāo)要求，滿足高周疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（4）壓縮機(jī)最小疲勞安全系數(shù)為2.01，大于1.25目標(biāo)要求，滿足高周疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)目標(biāo)。