本文中，正航儀器設備有限公司，采用ANSYS有限元軟件對340021-01EGR冷卻器芯體，特別是釬焊接頭部位的應力分布及變形情況進行了模擬。從力學方面對產(chǎn)品釬焊結(jié)構(gòu)的斷裂失效做出了解釋，并為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改進提供了依據(jù)。采用單管的靜態(tài)加載代替多管的動態(tài)加載進行模擬計算，定性的分析了產(chǎn)品變形及應力分布情況。
1、實體建模
為了簡化建模過程和節(jié)省計算時間，對單根管子與聯(lián)接板的釬焊件進行實體建模并計算，由于對稱性原因，截取管子的一半進行建模，模型根據(jù)產(chǎn)品實際尺寸建立，釬焊圓角用半徑為0.5mm的圓倒角表示，模型如圖3-1所示。


2、網(wǎng)格劃分
模型根據(jù)產(chǎn)品的實際尺寸建立，采用由幾何實體轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格的方法生成有限元網(wǎng)格。采用八節(jié)點四面體單元對模型進行自由網(wǎng)格劃分，對釬焊圓角部位局部加密，其它部位采用7級稀疏單元。網(wǎng)格模型如圖3-2所示。下面將重點對圖3-2(b)所示區(qū)域進行分析。


 
3、材料參數(shù)及加載條件
由于產(chǎn)品在做發(fā)動機臺架試驗時是隨發(fā)動機做空間無規(guī)則的振動，所以我們在等效模擬加載條件時，將這種無規(guī)則的振動載荷等效為X方向（Y方向與X方向載荷性質(zhì)相同）與Z方向的靜力學載荷。載荷大小根據(jù)產(chǎn)品發(fā)動機臺架試驗該方向上的加速度計算得出。在模型中施加的邊界條件有三個：
(1)位移邊界條件：假定聯(lián)接板剛性固定在殼體上，即沒有位移，約束其所有自由度。
(2)在冷卻管末端X方向個節(jié)點上施加17N的壓力。
(3)在冷卻管末端面上Z方向施加1.5MPa的拉應力。
4、模型變形及應力分析
假設產(chǎn)品釬焊后不存在殘余應力，對模型施加位移邊界條件(1)和載荷條件
(1)、確認模型信息無誤后進行計算求解，計算結(jié)果包括模型變形圖和應力分布圖。測得加載后冷卻管末端位移為23mm。
（2）、由以上應力分布圖可以看出，模型在受17N的X方向單向彎曲應力載荷時，將沿受力方向產(chǎn)生23mm的變形。模型加載后應力出現(xiàn)在釬焊圓角根部，應力為528MPa。說明工作過程中，釬焊圓角根部受力，為整個結(jié)構(gòu)的薄弱部位。分析結(jié)果從力學因素方面解釋了斷裂發(fā)生在釬焊圓角根部的原因。對冷卻管末端面上Z方向施加1.5MPa的拉應力進行計算求解。模型變形情況如圖3-10所示。冷卻管受拉應力發(fā)生伸長，釬焊接頭部位受力發(fā)生變形。模型整體應力可以看出，釬焊圓角仍為應力集中部位，對釬焊圓角部位進行放大，圖(a)~(d)分別為不同位置釬焊圓角的應力分布情況。
對冷卻管末端施加Z方向拉應力載荷的計算結(jié)果顯示，在承受Z方向的振動載荷時，產(chǎn)品的應力仍然出現(xiàn)在釬焊圓角根部，應力在圓周方向均勻分布，應力值相對較小，僅為2.54MPa，相對于X方向和Y方向的振動來說，Z方向上的振動在釬焊圓角部位產(chǎn)生的應力最小。對冷卻器芯體釬焊結(jié)構(gòu)簡化模型施加X方向和Z方向載荷的應力計算結(jié)果說明，冷卻器芯體在承受振動疲勞載荷的時候，應力部位出現(xiàn)在釬焊圓角根部，并且垂直于冷卻管方向的振動在釬焊圓角部位產(chǎn)生的應力，是造成冷卻器疲勞失效斷裂的主要力學因素。
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