谈一谈机油冷却器的耐压强度有限元分析2023/2/20 14:23:01

会呼吸的痛

板翅式机油冷却器(简称油冷器)是一种新型换热器，其结构紧凑，换热功率大，广泛用于车用柴油机等对油冷器体积和功率均有严格要求的场合。与其他形式的换热器相比，该换热器采用层层错开的扰流片(即翅片)来加强油侧换热，油侧阻力损失较大，故芯片承受压力较大。此外，油冷器通常直接安装在发动机机体上，工作条件恶劣。鉴于以上因素，油冷器的耐压强度必须得到严格保证。生产厂家通常采用油压爆破验来检验油冷器的耐压强度。然而，测数据统计结果显示，在现有爆破验条件下，各型油冷器的破坏位置均具有一定倾向性，该现象法用传统经验方法解释。有限元分析的具体问题可以到我们网站了解一下，也有业内领域专业的客服为您解答问题，为成功合作打下一个良好的开端！

本文采用数值方法，借助有限元分析软件ANSYS分别从静态和动态角度对加压爆破过程进行仿真。通过计算，揭示了油冷器油侧压力和芯片应力的分布规律，从而为油压爆破验数据的分析和验方案的改进提供指导，并为提高油冷器耐压强度提供依据。


板翅式油冷器由数层芯片层迭焊接而成。采用钎焊工艺将翅片焊接在上、下芯板之间翅片侧走油，芯板外侧走水。油冷器左、右法兰别布置有进、出油口，油冷器在出厂前需抽样进行油压爆破验以检验其耐压能力，该验通常借助电动试压泵进行，试压泵的出油管与油冷器的进油口相连，出油口用盲板法兰堵住试压泵将高压机油泵入油侧流道中，逐渐加压直至油冷器破裂。此时油冷器破裂的位置即为失效位置，对应油压即为失效油压。


测显示，若翅片和芯板间存在虚焊，油冷器在较低的压力下即在虚焊处破裂，这是加工因素造成的，属于产品质量缺陷，若虚焊，则油冷器在较高的油压下(20MP左右)才会破坏，且破坏位置具有如下特征：①底芯片与进、出油口相对底板上油道转角处的两处翅片比较先被拉断，即破坏位置只会首先出现在A或B处；②底芯片在与盲板法兰相对的油道转角处翅片被拉断的几率更大，即B处破坏几率高于A处的破坏几率。某型油冷器20个工件破坏位置的统计结果中显示B处发生破坏的几率是A处的57倍。该型油冷器某工件B区域的剖面，可见底层芯片油道转角区域的翅片从中间拉断，油冷器在此区域已瓢曲变形。


由于油冷器焊点密布，芯片与芯片之间分布有许多凸台等支撑部件，故其结构复杂，单纯采用传统方法很难从理论析出其失效位置，况且其结构对称，传统的静态分析理论也法解释A,B处破坏几率不同的原因。故将数值方法引入分析，借助有限元软件ANSYS分别从静态和动态两方面对爆破验时油冷器部件应力分布和油道内部压力场进行分析。


油冷器结构复杂，建模难度较大。为使模型不局限于某型产品的某种分析，借助ANSYS参数化设计语言(APDL)、采用模块化方式编制油冷器整体(包括油冷器、水壳和油道)建模程序，该程序分为数据输入和建模2个模块。


数据输入模块的前4个文件录入总体结构尺寸、设定零部件材料物性、提供凸台位置参数以及控制格尺寸，其数据均由用户输入；第5个文件是数据处理文件，一般不需编辑。这5个文件由DATA-SETTINGTXT文件统一调用，建模模块的程序建立油冷器、油道和水壳的一个截面并划分格；拖拉此截面形成体，同时建立油侧和水侧入口；在分好格的模型中选择出各部件并为其分配物性以供其他计算使用。为简化模型，采用心体积代替错齿的翅片，心体积的各项物性参数由所用材料物性和翅片空隙率折算而成。


该程序建立的油冷器模型为基本模型对于特定分析，只需稍微修改模型并施加合适的边界条件即可。此模型可用于油冷器的耐压强度、模态和流场等各种分析。