基于有限元法的某商用车散热器支架疲劳强度优化研究

余子贵 黄勤

摘 要：为解决路试过程中出现的某商用车散热器暖支架开裂故障问题，文章基于有限元方法对散热器支架进行了强度和疲劳分析，同时采集试验场实车加速度数据，试验结果显示，特定路面加速度峰值较大，对暖水管支架进行了隔振优化设计，CAE分析结果满足要求，路试考核通过。

关键词：散热器支架;疲劳强度;结构优化

中图分类号：U464.138+.2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）19-98-03

Study on fatigue strength of radiator bracket of Light Truck cab with Ncode

Yu Zigui， Huang Qin

（ Product Development & Technical Center， Jiangxi-Isuzu Motors Co.， Ltd， Jiangxi Nanchang 330100 ）

Abstract： In order to solve the cracking problem of radiator bracket in a commercial vehicle during the road test， in this paper， the strength and fatigue analysis of radiator bracket is carried out by ncode. At the same time， the acceleration data of the real vehicle is collected in the test field， and the test results show that the peak acceleration of specific road surface is large. The vibration isolation optimization design of the hot water pipe support is carried out， CAE analysis results meet the require -ments， and the road test is passed.

Keywords： Radiator bracket; Fatigue strength; Structural optimization

CLC NO.： U464.138+.2  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）19-98-03

1 引言

随着国家物流行业快速发展，商用车销量也随之大幅增长，而散热器是汽车发动机冷却系统关键零部件，其强度性能对于整车冷却功能正常使用有着基础性影响[1]，随着人们对汽车动力性、舒适性及安全性的要求越来越高，越来越多的零部件被集成到发动机舱内，故需要保证发动机舱散热性能[2]，良好的散热器支架结构强度，会有效的保证散热器性能功能高效实用，故研究散热器支架结构疲劳强度具有重要价值。

本文研究源于某商用车散热器支架路试期间出现了开裂问题，如图1所示，影响了整车流场性能，需优化解决此问题。本文基于有限元法，采用Hyperworks和Ncode软件，对散热器系统进行了强度和疲劳分析，同时采集试验场实车加速度数据，进行故障原因查找及结构隔振优化分析，提出了高性价比优化方案，最终通过路试考核，关闭了此故障问题。

2 散热器加速度采集及分析

2.1 试验场耐久道路工况

海南琼海热带汽车试验场是我国首个汽车试验场，是现代化湿热气候的汽车试验基地，拥有可靠性试验路、强化腐蚀路等路面[3]。本文研究的商用车开展的是坏路考核试验，主要包括扭曲路、石块路、条石路、搓板路、陡坡路、鱼鳞路、阴井盖路、波形路等路面（图2）。

2.2 散热器加速度采集试验

本文对某商用车散热器进行了试验场加速度采集试验，采用了三向加速度计，布点4个，如图3所示，以获得散热器加速度激励响应数据。

2.3 加速度采集测试结果分析

本文在试验场综合坏路进行了散热器加速度采集试验，每组数据测试三轮，对应测点时域和频域内加速度测试结果如图4所示。由表1统计结果分析可知，在搓板路面下，测点1频域下加速度峰值达到9.9g，对应频率为25Hz，为发动机二阶怠速频率附近，存在耦合，据此可得出此商用车散热器路试工况下加速度峰值较大，需进行隔振优化。

3 散热器CAE优化分析

3.1 散热器CAE位移响应分析

本文采用Hyperworks软件建立散热器有限元模型，见图5。

根据实测数据，按照 X7g，Y7g，Z向10g计算得到散热器位移响应结果，如图6所示，结果显示X7g，Y7g，Z10g对应散热器位移为2.6mm，1.8mm，6.5mm，散热器响应位移较大。

3.2 散热器CAE振动疲劳分析

本文采用Ncode软件，对散热器进行了振动疲劳CAE分析，对散热器连接点施加X/Y/Z三向各1g激励，再进行振动疲劳分析，加速度功率谱如表2。

根据表2激励条件，对散热器支架进行疲劳分析，损失结果如图7所示，基础方案损失值为1.082，最大损失位置与失效点一致，大于目标值1，故障得到还原，增加隔振衬套后，散热器支架最大损失值为6.8E-10，远小于目标值，改善效果显著，且路试验证通过。

4 结论

本文基于Hyperworks和Ncode软件，对某商用车散热器支架开裂问题进行了位移响应及振动疲劳分析，同时在试验场进行了加速度采集，排查了散热器支架开裂问题主要来源于搓板路振动过大，最后进行了散热器结构隔振优化，CAE疲劳分析满足目标要求，同时路试考核验证通过，有效解决了此故障问题。

参考文献

[1] 龚亚奇，夏志伟等.商用车散热器主片开裂故障分析[J].汽车科技，2019，16（1）：86-90.

[2] 王露陽.某商用车发动机舱热管理研究与改进[D].南京：南京理工大学，2017.

[3] 窦占峰，卞学良，郝博然.基于虚拟样机的某商用车驾驶室疲劳寿命仿真分析[J].汽车实用技术，2017（18）：143-146+160.

[4] 龚红兵.海南汽车试验场可靠性试验强化系数的计算[J].汽车研究与开发，1997，26（1）：35-39.