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蒸發(fā)器是汽車空調系統(tǒng)的一個主要部件，其作用是將從膨脹閥出來的低壓制冷劑蒸發(fā)而吸收車內空氣的熱量，從而達到車內降溫目的。文中針對某款裝配SQR473發(fā)動機的車型在行駛2萬多公里時，蒸發(fā)器芯進水管根部經常出現的斷裂現象，運用有限元分析。根據蒸發(fā)器芯的結構和安裝情況，初步判斷主要是X向推力對進水管起主要破壞作用。從破壞的進水管上發(fā)現，進水管X正向的移動位移大概3mm左右。為查找問題的原因，運用大型有限元軟件Hypermesh和ABAQUS對蒸發(fā)器芯結構建模并進行強度分析，提出改進建議。
斷裂件狀祝分析：(1)從蒸發(fā)器安裝上得知，蒸發(fā)器在Y，Z兩個方向上固定不動，在X正方向(向后)也不動，在X負方向(向前)主要是靠固定在HVAC殼體上進出水管的管夾來阻止該方向的運動，其次殼體內固定點的摩擦力也能阻止蒸發(fā)器在X負方向的運動。由于蒸發(fā)器質量較小，慣性載荷的作用對其影響較小，可以排除慣性載荷的影響。管夾主要是防止蒸發(fā)器及進出水管X負方向(向前)的運動，如圖所示，所以當管子受到向前的載荷作用時該管夾能起到很好的支撐作用。而在管夾固定處，進出水管與HVAC殼體配合大約有1.5mm左右(從模型中量得)的間隙，如圖所示，說明該處沒有對進出水管在X正方向(向后)起到有效的支撐，如果受到該方向的載荷，管子根部應該是承受載荷比較大的部位。(2)從蒸發(fā)器上兩根管子的功能看，斷裂的都是進水管，進水的壓力要比出水的壓力大，進水的壓力方向是X正方向(向后)，剛好是管子缺少支撐的方向。而出水管壓力較小，且受到的出水壓力方向是X負方向(向前)，且該方向有管夾的支撐，工況條件比進水管好。(3)從斷裂的進水管上可以看出：在與車身飯金件接觸的部位有3mm左右寬的滑動痕跡，由痕跡走向知是水管受到X正方向(向后)的推力使水管與接觸飯金件產生摩擦。(4)從進出水管與發(fā)動機的連接可以看出：在SQR473上與進水管連接的橡膠管直線連接，中間沒有緩沖，發(fā)動機運動產生的力直接傳遞到進水管上;而與出水管連接的橡膠管有一個折彎，且與其他橡膠管有連接，彎曲的軟管能對發(fā)動機產生的力和水的壓力有一定的緩沖，從而得知進水管的工祝比出水管惡劣些。
采用CAD軟件CATIA對蒸發(fā)器芯結構進行建模，運用Hypermesh進行有限元網格劃分，并采用大型非線性計算軟件ABAQUS進行結構強度計算。在蒸發(fā)器芯有限元建模過程中，因為文中旨在考查進出水管根部的斷裂破壞情況，只需對進出水管與HVAC殼體固定處進行詳細建模，蒸發(fā)器芯內部結構可適當簡化，用一塊厚度為10mm的合金鋼板粗略模擬。合金鋼板采用程序自動控制實體的網格劃分，最大單元尺寸10mm。為了使進出水管及其安裝部位更好地貼合實際模型，采用人工建模，單元尺寸3mm。有限元模型如圖所示。HVAC殼體材料為A1合金(屈服強度200MPa)，料厚為1.5mm。在Hypermesh中將劃分好的有限元網格進行材料屬性、邊界條件、接觸定義及分析步的設置，保存為inp格式文件。在蒸發(fā)器芯有限元模型的3條邊線上(安裝進出水管的邊除外)各選取一排節(jié)點進行耦合，并約束X，Y，Z三個方向的平動自由度，將蒸發(fā)器芯看做固定平面。
為考察發(fā)動機振動對進出水管的影響，需要對該模型進行約束模態(tài)分析，模態(tài)分析采用Lanczos特征值解法，因為SQR473發(fā)動機二階頻率在250H，以內，故求解階數設為4階。根據進出水管的受力狀況，強度分析有兩種工況：工況1：進出水管受到推力時，在水管端部施加與X正方向(向后)平行的位移3mm，因推力工況中管夾不起作用可去除，如圖所示；工況2：進出水管受到拉力時，管夾起到支撐作用，模型中需定義管夾與管子的接觸關系，但管夾強度不考慮，如圖所示。
由模態(tài)分析結果知：第1階次(143Hz)主振型是進出水管X向前后同步振動，進水管振幅大于出水管；第2階次(166.5Hz)主振型是進出水管X向前后非同步振動，出水管振幅大于進水管；第3階次(192Hz)主振型是出水管Y向振動；第4階次(227.5Hz)主振型是出水管Y向振動。250Hz以內的振型主要出現在出水管，振型主要就是以上4種，每種振型的應變能都集中在管子根部。應變能云圖強度分析工況1。從圖1V可以看出：進出水管在X向沒有有效支撐的時候，根部是應力集中的部位，且進水管根部的應力值己經超過材料的屈服極限，強度己經不能滿足要求。圖11中的灰色區(qū)域是管子X向位移大于1.5mm的部分，在管夾位置X向位移沒有達到1.5mm，說明進出水管在該工況下還沒有與HVAC殼體接觸上，管子還處于X向無支撐狀態(tài)。由表1得知：進水管在工祝1下的剛度大于出水管，但兩個管子在X方向的剛度都比較差。
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