汽车用冷却风扇罩的结构动态分析及优化研究

发布时间：2020-04-30 14:07

【摘要】：随着汽车工业的迅速发展,我国汽车零部件市场的竞争也愈发激烈。为了提高产品的竞争力,一个有效的方法是采用高性价比的材料代替原材料,并通过对新产品进行优化设计,使新产品的各项性能达到原有的技术要求,节省生产成本。冷却风扇是汽车冷却系统中一个非常重要的部分,起到给水箱降温的作用,以保证汽车发动机的正常工作。风扇罩是冷却风扇系统的一个主要部分,起到固定电机的作用,对冷却风扇系统的正常工作有直接的影响。风扇罩的工作环境比较复杂,需要承受来自多方面的载荷和激励,这就对风扇罩的强度及动态特性提出了相应的技术要求。本文以某型号汽车用冷却风扇罩为研究对象,为降低生产成本,采用PP-GF30替换原来的PA66-GF30材料,主要做了以下工作:(1)使用UG建立原风扇罩的三维模型。根据《QCT773-2006汽车散热器电动风扇技术条件》中规定的要求,基于HyperWorks平台,对新材料风扇罩的静强度和冲击振动强度进行了分析,其强度满足要求。(2)对新材料风扇罩进行动态分析,研究结构的动态特性。根据计算结果,分析了新材料风扇罩在电机工作于高速档时振动过大是由共振引起的。(3)针对新材料风扇罩与原风扇罩动态特性方面的差异,以原风扇罩的频率响应分析结果为参考,基于HyperWorks平台,选取设计变量,运用全局响应面法(GRSM)对风扇罩的结构进行优化,使新材料风扇罩的动态特性达到且优于原有水平。(4)在保证新材料风扇罩的动态特性满足要求的基础上,以减少风扇罩的体积为目标,优化风扇罩各部分的尺寸,最大化减少生产成本。(5)对结构改进后的新材料风扇罩,使用经验公式推导出材料的P-S-N曲线,使用nCode DesignLife计算风扇罩在随机振动下的疲劳寿命,为进一步的优化设计提供基础。通过以上工作实现了材料的替换设计,优化后新材料风扇罩的第一阶固有频率提高了11.2%,避免了电机激励下的共振,达到了原动态特性的要求。同时风扇罩的体积减少了9.9%,大大减少了生产成本,得到了厂家的认可,进入中试阶段。本文的研究方法具有很普遍的工程应用价值,对同类型产品的材料替换设计有较好的指导作用。
【图文】：

汽车用冷却风扇罩的结构动态分析及优化研究过加筋或加厚的方法对刚度薄弱的部位进行加强，也可以解决问题，但是通过这种设计方法改进的结构必定仍然有较大的优化空间。针对此问题，本文运用现代设计方法，利用计算机进行模拟,分析风扇罩的动态特性，有针对性地对出现的问题进行分析，并选择风扇罩的一部分结构作为设计变量，建立优化模型，选用合适的优化算法进行求解，，同时考虑新材料风扇罩的强度、动态特性以及生产成本的要求，得到更为合理的设计方案。在此同时根据汽车行业对冷却风扇技术条件的要求，计算新材料风扇罩的振动疲劳强度，为优化后续提供一定的指导，设计出更具竞争力的产品。本文的研究分析方法也适用于同类产品的材料替换设计，具有非常普遍的工程应用价值，对提高企业的自主研发设计能力，提高产品的竞争力有重要意义。

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本文编号：2645843