為什么汽車膨脹箱設(shè)計(jì)要用到CAE仿真？

說起汽車水箱，我相信大多數(shù)車主都不會(huì)陌生，它是汽車散熱系統(tǒng)的重要組成部分，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻起著重要作用，但是提起汽車膨脹箱又有多少人知道呢？

汽車膨脹箱又稱膨脹水箱或儲(chǔ)液罐，它與水箱有些關(guān)聯(lián)，比較簡單的講，汽車膨脹箱就是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的一個(gè)零件，它的主要作用是：當(dāng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的水溫升高的時(shí)候，冷卻液勢(shì)必就會(huì)發(fā)生膨脹，因此水位上升，如果沒有膨脹水箱，那么冷卻系統(tǒng)的壓力就會(huì)升高。冷卻液就可能會(huì)從縫隙處噴出或者壓壞冷卻系統(tǒng)的零件，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)失靈。在有膨脹箱的情況下，水箱散熱器里面盛不下的冷卻液會(huì)回流到膨脹箱，防止水箱壓力過高，反之，還可以在水箱水位過低的時(shí)候補(bǔ)充水位。所以，膨脹箱的主要作用是為冷卻液提供膨脹和收縮的空間，以及冷卻系統(tǒng)集中的排氣點(diǎn)，其產(chǎn)品作用決定了膨脹箱必須在氣密性、抗振動(dòng)、耐壓方面有著高可靠的特性。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程中，新產(chǎn)品上市前必須做反復(fù)的物理測(cè)試，但物理測(cè)試需要準(zhǔn)備多個(gè)樣品，同時(shí)耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本，最重要的是，通過物理測(cè)試很難理解復(fù)雜點(diǎn)處的流動(dòng)行為或應(yīng)力產(chǎn)生，有時(shí)無法找到問題的根源所在。通過CAE仿真，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段就能夠識(shí)別應(yīng)力集中區(qū)域，有助于優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，減少物理試驗(yàn)。以下為元王CAE仿真專家為某企業(yè)膨脹箱產(chǎn)品做的氣密性仿真分析。

分析條件

負(fù)壓試驗(yàn)：壓力：－99.3 kPa，環(huán)境溫度 ：25±3℃ ，試驗(yàn)時(shí)間1min；

正壓試驗(yàn)（水中）：壓力： 300 kPa ±10 kPa，環(huán)境溫度 ：25±3℃ ，試驗(yàn)時(shí)間1 Min ；

正壓試驗(yàn)（高溫箱中）：環(huán)境溫度 ：120℃±2.5℃ ，加壓力：200±10 kPa，加壓時(shí)間 ：10 Min 加壓順序 ：0→200→0 kPa，加壓周期： 20±1 kPa/30 s，加壓方法：每30S升高20kpa氣壓，分10次加壓到200kpa，再分10次20kpa/30s降壓至0kpa為一個(gè)循環(huán)，一個(gè)循環(huán)剛好10分鐘；

要求：產(chǎn)品外觀無破損、變形。氣密性能需保持；

分析結(jié)果

常溫正壓300kpa及負(fù)壓99.3kpa工況下，膨脹箱體最大應(yīng)力均低于所用材料屈服應(yīng)力（33Mpa），焊接區(qū)域的最大應(yīng)力亦低于所用材料許用應(yīng)力（33*70%=23.1Mpa），部件失效風(fēng)險(xiǎn)低，不影響箱體的氣密性。

正壓0-200-0kpa氣密性分析圖

高溫120°C，正壓200kpa下，膨脹箱體最大應(yīng)力超出所用材料屈服應(yīng)力（33Mpa），出現(xiàn)在箱體下部固定區(qū)域處（熱變形導(dǎo)致），屈服風(fēng)險(xiǎn)高；除固定區(qū)域外，箱體其他區(qū)域最大應(yīng)力均低于材料屈服應(yīng)力，焊接區(qū)域最大應(yīng)力亦低于材料許用應(yīng)力，不影響箱體的氣密性。

根據(jù)元王CAE仿真分析結(jié)果，客戶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了有針對(duì)性的優(yōu)化，促使產(chǎn)品各項(xiàng)性能最終圓滿達(dá)標(biāo)，值得一提的是，根據(jù)客戶反饋數(shù)據(jù)顯示，此次CAE仿真分析參與的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，相比以往產(chǎn)品最終成型，時(shí)間上減少了60%，測(cè)試相關(guān)成本也節(jié)約了近50%。

隨著科技發(fā)展，汽車及汽車零部件的電子化、智能化趨勢(shì)將越來越明顯，這必將引起汽車行業(yè)新一輪的產(chǎn)品更新，伴隨著產(chǎn)品的快速迭代過程，CAE仿真在產(chǎn)品研發(fā)中的作用也更加凸顯，選擇元王CAE應(yīng)用解決方案專家，為您的汽車行業(yè)的更可靠、更安全創(chuàng)造無限可能。