基于Hyperworks的散熱器支架有限元分析及改進設計

龍俊華 安瑞兵

摘 要：文章通過Hyperworks軟件對散熱器支架進行了仿真分析，判斷了散熱器支架高強耐久試驗時的破壞原因。對散熱器支架方案進行了設計改善，通過改進方案的仿真設計，找出了滿足強度要求的方案，為今后的汽車散熱器支架設計開發提供了可借鑒的方法。

關鍵詞：散熱器支架;有限元分析

中圖分類號：U462.1? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）13-39-03

Finite Element Analysis And Improved Design Of Radiator Bracket Based

On Hyperworks

Long Junhua， An Ruibing

（GAC Automotive Research & Development Center， Guangdong Guangzhou 510000）

Abstract： HyperWorks software is used to simulate and analyze the radiator bracket， find the damage reason of the radiator bracket during the high-strength durability test， The design of radiator bracket is improved. Through the simulation design of the improved scheme， the scheme meeting the strength requirements is found， which provides a reference method for the design and development of automobile radiator bracket in the future.

Keywords： Radiator bracket; Finite element analysis

CLC NO.： U462.1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-39-03

前言

汽車冷卻系統是汽車的重要系統，汽車發動機工作時，燃料燃燒約25%的熱量是由冷卻系統帶走。而散熱器又是發動機冷卻系統的重要組成部分，對冷卻系統的功能起決定性的作用。散熱器支架又是散熱器搭載在車身上的載體，它直接關系到散熱器是否正常使用，其強度和剛度對散熱器的可靠性和安全性其非常大的作用。

為了減小散熱器支架的質量問題，前期在設計中，進行有限元分析非常有必要。它能提高設計效率，對散熱器支架強度進行預判，同時設計工程師能根據仿真結果對散熱器支架進行優化，在保證搭載的情況下，達到減輕重量，減少材料，降低成本。

1 問題描述

公司某車型散熱器及散熱器支架如圖1所示，散熱器上面的支架一端固定在車身上，另一端與散熱器橡膠軟墊相連。

該車型在做整車高強耐久試驗過程中出現散熱器支架破壞，導致散熱橡膠軟墊與散熱器支架脫落，如圖2所示。

2 問題原因分析

由于散熱器支架一端連接在車架上，另外一端與散熱器橡膠軟墊相連接，在車輛行駛過程中，散熱器相對車身存在垂直向上的慣性力，此慣性力直接作用在散熱器支架上，導致散熱器支架塑性變形，出現疲勞破壞。

3 散熱器支架結構強度分析

3.1 幾何模型建立和網格劃分

將三維模型轉化成STP，導入HYPERMESH建立幾何模型，散熱器總成本體簡化成等質量長方體，散熱器四個角都帶橡膠墊，其中上面兩個角與散熱器支架相連，下面兩個角與車身底板相連。有限元模型出理時，散熱器支架用殼單元，散熱器橡膠軟墊用CBUSH單元，螺栓連接用RBE2模擬，連接散熱器下支架的地板用兩塊鈑金簡化，用殼單元，網格劃分如圖3所示。

散熱器總成質量為：9.027kg，橡膠軟墊K值為239N/mm。

3.2 材料參數設置

散熱器支架材料為SPCC，厚度為2mm，材料的材料屬性參數如表1所示。

3.3 邊界載荷

邊界條件：對散熱器上支架螺栓孔位進行6個自由度全約束，對車身底板兩個鈑金件進行6個自由度全約束。載荷：總共四種工況進行分析，分別為垂直工況2種、轉彎工況、緊急制動工況，如表1所示，其中X表示車架行駛方向，Y表示轉彎方向，Z表示垂直方向，如表2所示。

3.4 散熱器支架強度分析結果

以固定在車身的螺栓安裝點為約束，散熱器用質心點代替，計算最大應力結果為434MPa，如圖4所示（只顯示散熱器支架，隱藏散熱器和底板鈑金），該最大應力大于材料的屈服強度，導致散熱器支架發生破壞。

4 散熱器支架改進方案

4.1 改進方案模型

針對此破壞問題，提出了兩種解決方案，方案一在原方案基礎上增加與車身固定的螺栓數量，如圖5所示。

方案二為在原方案基礎上增加加強筋，增加板厚從2mm變為3mm，更改支架材料，從SPCC變為Q345，如圖6所示。

4.2 改進方案仿真結果

放案一應力最大值為358MPa，出現垂直工況1，大于材料的屈服強度188MPa，不滿足強度要求，應力云圖如圖7所示（只顯示散熱器支架，?隱藏散熱器和底板鈑金），故此方案不采用。

方案二應力最大值為202MPa，出現垂直工況1，小于材料Q345的屈服強度，滿足要求，安全系數為1.7，應力云圖如圖8所示（只顯示散熱器支架，隱藏散熱器和底板鈑金），故采用此方案。

通過有限元仿真結果對比，在相同的約束和載荷條件下，方案二能夠滿足強度要求，并且在采用方案二進行高強耐久試驗后，再未出現散熱器斷裂現象，體現出有限元分析能夠較好地指導設計，并預測試驗現象。

5 結論

本文運用HYPERWORKS軟件對散熱器支架進行了有限元分析，找出高強耐久試驗時散熱器支架破壞的原因。并通過對改進方案的有限元分析仿真計算，找到了滿足強度要求的方案，在產品開發中，有限元分析能夠提高開發效率，縮短開發時間。

參考文獻

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