管带式散热器的管与管栅钎焊接头开裂疲劳研究

摘要

散热器是车辆冷却系统的重要部件之一，其结构强度直接影响发动机冷却系统的可靠性。本文针对某双流程散热器的管与管栅接头开裂现象展开了研究。该散热器样件在温度循环试验下管与管栅接头的根部位置发生了漏水现象，泄漏失效部位主要发生在散热器进水室与芯体连接处的管与管栅接头根部。本文基于疲劳分析理论和数值模拟仿真分析方法，对管与管栅接头进行了疲劳仿真分析，以对散热器管与管栅钎焊接头开裂现象的解决方案进行探索研究。
　　首先，在图形化建模软件AMESim中建立某型散热器配套的发动机冷却系统模型，进行冷却系统热管理工作研究散热器的散热特性，以仿真结果为参考设定管与管栅接头瞬态热分析的温度载荷输入条件。
　　其次，建立了管与管栅接头有限元模型，根据散热器的实际工作情况，通过给散热器管与管栅过水面施加压力载荷实现压力交变的工况，在ANSYS软件中进行了管与管栅接头压力交变疲劳分析，综合仿真结果与试验台结果，得出压力交变工况对散热器的管与管栅接头结构强度的影响较小，对管与管栅接头疲劳开裂现象更应该注重热疲劳方面的影响。
　　最后，以AMESIM冷却系统热管理中散热器温度特性仿真结果为参考设定瞬态分析温度边界条件，在ANSYS软件中对管与管栅接头进行了热-固耦合分析，得到了管与管栅接头的热应力应变分布。随后在LMS软件中基于应变寿命理论对散热器管与管栅钎焊接头处进行了热疲劳仿真分析。分析得出了管与管栅开裂原因主要是过大热应力造成其根部发生疲劳失效现象，并针对该疲劳失效原因提出了结构上改进的措施，并进行了仿真验证，改进方案满足优化要求。
　　本文的研究结论可为散热器管与管栅接头疲劳耐久性设计提供参考，有利于缩短散热器的管与管栅接头结构疲劳寿命设计的开发周期。

目录

第1章 绪 论

1.1车用散热器分类

1.2管带式散热器分类

1.3国内外研究现状

1.4课题来源及研究意义

1.5本课题研究内容

第2章 疲劳分析理论基础

2.1材料疲劳性能与累积损伤理论

2.2热疲劳与热应力分析理论

2.3热疲劳裂纹生长机理

2.4热疲劳分析方法

2.5本章小结

第3章 发动机冷却系统热管理及散热器散热性能研究

3.1冷却系统设计要求

3.2发动机冷却系统热管理模型的建立

3.3基于整车热管理的散热器散热性能研究

3.4本章小结

第4章 管带式散热器管与管栅接头压力交变疲劳分析

4.1压力交变疲劳耐久性分析流程

4.2散热器管与管栅有限元模型的建立

4.3管与管栅压力交变疲劳耐久性分析

4.4本章小结

第5章 管带式散热器管与管栅接头热疲劳分析

5.1热疲劳分析方案与流程

5.2 LMS Virtual.Lab Durability软件的介绍

5.3散热器管与管栅接头的热-结构耦合分析

5.4管与管栅钎焊接头热疲劳分析

5.5管与管栅接头疲劳开裂改进方案

5.6本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2不足与展望

致谢

参考文献

附录

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