本文中，正航儀器設(shè)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(yīng)力分布及變形情況進(jìn)行了模擬。從力學(xué)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(jìn)提供了依據(jù)。采用單管的靜態(tài)加載代替多管的動(dòng)態(tài)加載進(jìn)行模擬計(jì)算，定性的分析了產(chǎn)品變形及應(yīng)力分布情況。
1、實(shí)體建模
為了簡化建模過程和節(jié)省計(jì)算時(shí)間，對單根管子與聯(lián)接板的釬焊件進(jìn)行實(shí)體建模并計(jì)算，由于對稱性原因，截取管子的一半進(jìn)行建模，模型根據(jù)產(chǎn)品實(shí)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(shí)際尺寸建立，采用由幾何實(shí)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(diǎn)四面體單元對模型進(jìn)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(jí)稀疏單元。網(wǎng)格模型如圖3-2所示。下面將重點(diǎn)對圖3-2(b)所示區(qū)域進(jìn)行分析。


 
3、材料參數(shù)及加載條件
由于產(chǎn)品在做發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)是隨發(fā)動(dòng)機(jī)做空間無規(guī)則的振動(dòng)，所以我們在等效模擬加載條件時(shí)，將這種無規(guī)則的振動(dòng)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(xué)載荷。載荷大小根據(jù)產(chǎn)品發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)該方向上的加速度計(jì)算得出。在模型中施加的邊界條件有三個(gè)：
(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(gè)節(jié)點(diǎn)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(yīng)力。
4、模型變形及應(yīng)力分析
假設(shè)產(chǎn)品釬焊后不存在殘余應(yīng)力，對模型施加位移邊界條件(1)和載荷條件
(1)、確認(rèn)模型信息無誤后進(jìn)行計(jì)算求解，計(jì)算結(jié)果包括模型變形圖和應(yīng)力分布圖。測得加載后冷卻管末端位移為23mm。
（2）、由以上應(yīng)力分布圖可以看出，模型在受17N的X方向單向彎曲應(yīng)力載荷時(shí)，將沿受力方向產(chǎn)生23mm的變形。模型加載后應(yīng)力出現(xiàn)在釬焊圓角根部，應(yīng)力為528MPa。說明工作過程中，釬焊圓角根部受力，為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱部位。分析結(jié)果從力學(xué)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(yīng)力進(jìn)行計(jì)算求解。模型變形情況如圖3-10所示。冷卻管受拉應(yīng)力發(fā)生伸長，釬焊接頭部位受力發(fā)生變形。模型整體應(yīng)力可以看出，釬焊圓角仍為應(yīng)力集中部位，對釬焊圓角部位進(jìn)行放大，圖(a)~(d)分別為不同位置釬焊圓角的應(yīng)力分布情況。
對冷卻管末端施加Z方向拉應(yīng)力載荷的計(jì)算結(jié)果顯示，在承受Z方向的振動(dòng)載荷時(shí)，產(chǎn)品的應(yīng)力仍然出現(xiàn)在釬焊圓角根部，應(yīng)力在圓周方向均勻分布，應(yīng)力值相對較小，僅為2.54MPa，相對于X方向和Y方向的振動(dòng)來說，Z方向上的振動(dòng)在釬焊圓角部位產(chǎn)生的應(yīng)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(yīng)力計(jì)算結(jié)果說明，冷卻器芯體在承受振動(dòng)疲勞載荷的時(shí)候，應(yīng)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(dòng)在釬焊圓角部位產(chǎn)生的應(yīng)力，是造成冷卻器疲勞失效斷裂的主要力學(xué)因素。
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