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基于MSC.Fatigue的散热器支架疲劳分析 |
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作者：长安汽车股份有限公司 刘鹏 毛显红 |
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摘 要: 本文通过利用MSC.Fatigue对可靠性试验中出现问题的散热器支架进行疲劳寿命分析，疲劳寿命CAE 分析结果与试验中发生裂纹的部位一致，并提出改进方案，进行寿命比较。
关键词: 疲劳 CAE 可靠性试验
1 概述
长安汽车某款车型在进行前悬前进制动力耐久性试验时，试验进行到1.2 万次时，散热器支架出现裂纹、焊点撕裂现象，如图1 所示，未满足设计目标。同时，该车型在可靠性道路试验中途，散热器支架总成也发生焊点脱焊及车体局部开裂，现象与强度试验一致。 
脱焊
裂纹
图1 试验结果
2 强度分析
2.1 强度分析模型
强度分析模型采用白车身模型加前悬模型，约束与加载与台架试验完全一致，如图2 所示。
图2 强度分析模型
2.2 材料参数
散热器支架及前纵梁材料参数请见表1 所示。表1 材料参数表
 2.3 强度分析结果
运用MSC.Nastran 求解器进行强度分析，散热器支架与前纵梁连接处出应力集中，最大应力σmax=231MPa，如图3 所示。最大应力未达到屈服极限，属于疲劳破坏。
图3 应力云图
3 疲劳分析
3.1 疲劳分析模型
选取散热器支架、散热器下横梁、前纵梁以及与其临近应力较大的零件作为疲劳分析模型，如图4 所示。
图4 疲劳分析模型
3.2 疲劳分析结果
疲劳分析采用初始裂纹分析方法，载荷曲线模拟前悬前进制动力试验，如图5 所示。
图5 疲劳分析载荷曲线
疲劳分析最小寿命为1.16 万次，出现在前纵梁外板与散热器支架连接处，如图6 所示，分析与试验结果基本吻合。
图6 疲劳分析结果
4 优化方案
4.1 方案描述
开裂部位增加焊点，并在散热器支架与纵梁之间增加一个加强支架，与相邻零件焊接，如图7 所示。
4.2 优化方案分析结果
优化方案散热器支架最大应力max=161MPa，比优化前降低30.3%；疲劳分析最小寿命为10.1 万次，比优化前提高一个数量级，达到设计要求，如图8 所示。
图8 优化方案分析结果
4.3 试验结果
采取优化方案后，在前悬前进制动力耐久性试验和可靠性道路试验中散热器支架均未出现脱焊、开裂现象，试验结果与分析结果基本吻合。
5 结论
可靠性是汽车最为重要的性能之一，MSC.Nastran、MSC.Fatigue 软件可以提供较为准确的强度和疲劳计算。在车辆的设计和验证的过程中，可以对发现问题利用虚拟手段，再现问题发生过程，分析问题产生机理，找出解决问题的方法，从而有效地指导设计。
6 参考文献
[1] MSC.Fatigue 用户手册
[2] 朱东红 周毅. 疲劳一体化和惯性释放方法在货箱立柱开裂分析中的应用。2007 年MSC.Software 中国用户论文集(end)
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(3/13/2011) |
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