基于Hyperworks的散热器支架有限元分析及改进设计

龙俊华 安瑞兵

摘 要：文章通过Hyperworks软件对散热器支架进行了仿真分析，判断了散热器支架高强耐久试验时的破坏原因。对散热器支架方案进行了设计改善，通过改进方案的仿真设计，找出了满足强度要求的方案，为今后的汽车散热器支架设计开发提供了可借鉴的方法。

关键词：散热器支架;有限元分析

中图分类号：U462.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）13-39-03

Finite Element Analysis And Improved Design Of Radiator Bracket Based

On Hyperworks

Long Junhua， An Ruibing

（GAC Automotive Research & Development Center， Guangdong Guangzhou 510000）

Abstract： HyperWorks software is used to simulate and analyze the radiator bracket， find the damage reason of the radiator bracket during the high-strength durability test， The design of radiator bracket is improved. Through the simulation design of the improved scheme， the scheme meeting the strength requirements is found， which provides a reference method for the design and development of automobile radiator bracket in the future.

Keywords： Radiator bracket; Finite element analysis

CLC NO.： U462.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）13-39-03

前言

汽車冷却系统是汽车的重要系统，汽车发动机工作时，燃料燃烧约25%的热量是由冷却系统带走。而散热器又是发动机冷却系统的重要组成部分，对冷却系统的功能起决定性的作用。散热器支架又是散热器搭载在车身上的载体，它直接关系到散热器是否正常使用，其强度和刚度对散热器的可靠性和安全性其非常大的作用。

为了减小散热器支架的质量问题，前期在设计中，进行有限元分析非常有必要。它能提高设计效率，对散热器支架强度进行预判，同时设计工程师能根据仿真结果对散热器支架进行优化，在保证搭载的情况下，达到减轻重量，减少材料，降低成本。

1 问题描述

公司某车型散热器及散热器支架如图1所示，散热器上面的支架一端固定在车身上，另一端与散热器橡胶软垫相连。

该车型在做整车高强耐久试验过程中出现散热器支架破坏，导致散热橡胶软垫与散热器支架脱落，如图2所示。

2 问题原因分析

由于散热器支架一端连接在车架上，另外一端与散热器橡胶软垫相连接，在车辆行驶过程中，散热器相对车身存在垂直向上的惯性力，此惯性力直接作用在散热器支架上，导致散热器支架塑性变形，出现疲劳破坏。

3 散热器支架结构强度分析

3.1 几何模型建立和网格划分

将三维模型转化成STP，导入HYPERMESH建立几何模型，散热器总成本体简化成等质量长方体，散热器四个角都带橡胶垫，其中上面两个角与散热器支架相连，下面两个角与车身底板相连。有限元模型出理时，散热器支架用壳单元，散热器橡胶软垫用CBUSH单元，螺栓连接用RBE2模拟，连接散热器下支架的地板用两块钣金简化，用壳单元，网格划分如图3所示。

散热器总成质量为：9.027kg，橡胶软垫K值为239N/mm。

3.2 材料参数设置

散热器支架材料为SPCC，厚度为2mm，材料的材料属性参数如表1所示。

3.3 边界载荷

边界条件：对散热器上支架螺栓孔位进行6个自由度全约束，对车身底板两个钣金件进行6个自由度全约束。载荷：总共四种工况进行分析，分别为垂直工况2种、转弯工况、紧急制动工况，如表1所示，其中X表示车架行驶方向，Y表示转弯方向，Z表示垂直方向，如表2所示。

3.4 散热器支架强度分析结果

以固定在车身的螺栓安装点为约束，散热器用质心点代替，计算最大应力结果为434MPa，如图4所示（只显示散热器支架，隐藏散热器和底板钣金），该最大应力大于材料的屈服强度，导致散热器支架发生破坏。

4 散热器支架改进方案

4.1 改进方案模型

针对此破坏问题，提出了两种解决方案，方案一在原方案基础上增加与车身固定的螺栓数量，如图5所示。

方案二为在原方案基础上增加加强筋，增加板厚从2mm变为3mm，更改支架材料，从SPCC变为Q345，如图6所示。

4.2 改进方案仿真结果

放案一应力最大值为358MPa，出现垂直工况1，大于材料的屈服强度188MPa，不满足强度要求，应力云图如图7所示（只显示散热器支架， 隐藏散热器和底板钣金），故此方案不采用。

方案二应力最大值为202MPa，出现垂直工况1，小于材料Q345的屈服强度，满足要求，安全系数为1.7，应力云图如图8所示（只显示散热器支架，隐藏散热器和底板钣金），故采用此方案。

通过有限元仿真结果对比，在相同的约束和载荷条件下，方案二能够满足强度要求，并且在采用方案二进行高强耐久试验后，再未出现散热器断裂现象，体现出有限元分析能够较好地指导设计，并预测试验现象。

5 结论

本文运用HYPERWORKS软件对散热器支架进行了有限元分析，找出高强耐久试验时散热器支架破坏的原因。并通过对改进方案的有限元分析仿真计算，找到了满足强度要求的方案，在产品开发中，有限元分析能够提高开发效率，缩短开发时间。

参考文献

[1] 陈林.基于Hyperworks的电机控制器支架有限元分析及改进[J].汽车实用技术，2012.

[2] 张杰，王勇等.发动机附件支架疲劳失效分析与结构优化设计[J]，内燃机，2017.

[3] 李喆，刘博等.某车型空调管路支架断裂失效分析及优化[J].汽车零部件，2017.