LED汽车前大灯的热-振动耦合分析及加速寿命试验

摘要

随着汽车工业的不断创新和发展，行车速度逐步提高，汽车安全问题成为人们日益关注的焦点。前大灯作为汽车的眼睛，其重要性越来越突出，生产厂商对汽车前大灯的要求也愈发严格了。传统的前大灯光源俨然已经无法满足市场的要求了。伴随着新型光源LED（Light Emitting Diode）的诞生，其体积小、寿命长、可靠性高、光效好等众多优点逐渐得到人们的认可与肯定，正渐渐地代替传统照明光源，变成了汽车照明系统的新选择。但是散热问题却限制了LED的应用与发展。同时汽车在路面上行驶时，不可避免的会受到各种振动载荷的作用，其机械可靠性值得忧虑。另外，LED照明灯具的标准和检测都不太完善，检测平台与评价方法不够权威和科学，一种高效的寿命评定方法亟需建立。
　　本文基于有限元理论，从ANSYS Workbench软件特点入手，采用顺序耦合的方法，建立了热-振动耦合模块组合，模拟了前大灯在热-振动耦合作用下以及单独振动作用下的应力应变，将两者进行对比可以发现，因为温度场的影响，该款车灯在此模拟条件下，耦合分析的应力要小于单独振动载荷作用下的应力，耦合分析使得应力应变值最大减少了6.2%。
　　基于热-振动耦合分析下车灯的温度分布、散热效果以及结构变化状况等提出了车灯材料的优化方案。针对结构方面，本文研究的重点是车灯整体结构设计的合理性而不是仅仅考虑芯片的可靠性。
　　设计并制作了一款夹具，测试证明夹具拥有较好的传递性。对该款车灯进行振动测试实验，通过扫频测试实验测得前大灯的固有频率，并将实验与模拟结果进行对比，两者最大误差为17.64％，在误差范围之内，证明了有限元模型的有效性。
　　考虑到车灯寿命的影响因素，以温度作为应力因子对其进行加速寿命试验，在现有研究的基础上，结合该款车灯的性能参数，选取100℃恒定温度作为加速应力水平，以美国能源之星LM70的标准作为车灯的失效判据，有效的缩短了试验时间。对试验数据进行处理，以威布尔分布来描述前大灯的寿命分布，最小二乘法和阿伦尼斯模型对数据进行统计，推算得到前大灯在正常应力水平下的寿命。对试验中出现的误差进行探讨和分析。
　　综上所述，本文主要通过有限元模拟仿真、振动测试实验和加速寿命试验对汽车前大灯的散热性能、结构可靠性以及寿命评估进行研究，这一研究为前大灯的优化设计提供了一定的参考，对前大灯的寿命预测模型的建立有一定的指导意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2汽车产业与LED

1.3 LED 汽车前大灯国内外发展现状

1.4 LED照明产品的寿命研究

1.5寿命快速检测方法的研究意义

1.6本文研究内容

第二章 LED汽车前大灯的数值模拟与分析

2.1有限元理论

2.2有限元模型的建立

2.3热-振动耦合模拟仿真

2.4振动加载结果分析与讨论

2.5热-振动加载结果与振动加载结果对比分析与讨论

2.6基于热-振动加载的优化结果与讨论

2.7本章小结

第三章 LED汽车前大灯的振动测试实验

3.1 实验原理

3.2 实验设备

3.3 测试系统连接

3.4 正弦扫频测试

3.5实验与仿真结果讨论

3.6误差分析

3.7本章小结

第四章 LED汽车前大灯的加速寿命试验研究

4.1加速寿命试验的分类

4.2试验方案

4.3 试验过程

4.4试验结果处理方法

4.5本章小结

第五章 LED汽车前大灯的加速寿命试验数据统计分析

5.1试验数据分析

5.2 试验数据处理

5.3试验数据拟合

5.4寿命预估

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果