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基于流固耦合的车用蓄水瓶动力学分析
| 论文题名： | 基于流固耦合的车用蓄水瓶动力学分析 |
| 关键词： | 流固耦合;有限元;势流体;车用蓄水瓶;发动机;强制循环水冷系统;动力学分析 |
| 摘要： | 车用蓄水瓶是发动机强制循环水冷系统的重要组成部分,其可靠性直接影响冷却系统甚至发动机的可靠性。而蓄水瓶工作时将受到自身重力、冷却液冲击和作用于安装位置的机械载荷共同作用,当处于恶劣工况时可能出现蓄水瓶壳体粘接面开裂或者安装支板断裂等问题,而国内外却鲜有人对其进行流固耦合仿真分析。因此有必要通过仿真方法对蓄水瓶系统进行动力学分析,获得其动力特性参数,校核其结构强度,并通过分析了解液面高度、温度等因素对蓄水瓶系统动力特性的影响。基于流固耦合的蓄水瓶系统动力学分析也对小型塑料制储液设备的设计分析具有一定的参考意义。 本文根据某款车用蓄水瓶三维模型建立其相应的有限元分析模型,并以ADINA软件为仿真平台对其进行流固耦合分析,包括流固耦合静力分析和位移激励响应分析以及基于势流体的流固耦合模态分析。本文的主要研究内容和结论如下: ①通过对常温下的蓄水瓶系统进行流固耦合模态分析,发现蓄水瓶系统模态分为低阶流体晃动模态和高阶结构振动模态,流体对结构模态频率影响非常明显,但是对结构模态振型几乎没有影响,可以通过纯结构的模态分析快速准确地确定系统的流固耦合模态振型。 ②本文采用VOF法正确地模拟了冷却液的晃动过程,计算结果表明液面高度、位移激励强度对蓄水瓶结构应力大小和变形程度都有较大的影响。但是常温下蓄水瓶不同强度的位移激励下作用下,壳体最大应力不超过6MPa,小于材料此时的屈服强度33MPa,粘接面最大应力不超过2MPa,小于粘接强度18MPa。因此蓄水瓶结构强度在常温下满足许用要求。 ③通过对不同温度下的蓄水瓶系统进行流固耦合模态分析,发现温度对蓄水瓶结构模态振型没有影响,而对模态频率有较大影响。温度升高,结构模态频率降低,80℃时实际最高液位的蓄水瓶结构模态频率降低至44.46Hz。此时蓄水瓶可能被激起共振,导致结构变形增大,应力增大,甚至有断裂的危险。 ④温度对蓄水瓶结构等效应力分布规律没有影响,对等效应力数值大小的影响也较小。温度升高时,结构等效应力有小幅度的增加。但是在80℃时,实际最高液位的蓄水瓶系统在44.5Hz的竖直位移激励下发生了共振,结构变形量和结构应力峰值都陡然增大。特别是当位移激励强度达到10g时,壳体等效应力峰值达到20MPa。此时蓄水瓶壳体将有发生屈服的危险性。 |
| 作者： | 陈先亮 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 胡玉梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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