车用锂离子电池组冷却系统传热仿真分析

目的解决电动汽车锂离子电池组在高温下的安全性和热失控问题。方法建立锂离子电池组冷却系统的三维分析模型,应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,结合热传导和热对流理论,对电池组进行仿真分析。结果锂离子电池组的温度场分布基本相同,呈现出中间低、两侧高的分布特点,且层次变化。冷却液温度越低,电池组最高温度也越低;增大冷却液入口流速,电池组内部最高温度略微降低;冷却板材料对电池组的冷却效果影响很小。采用铝合金冷却板,冷却液温度20℃,入口流速2 m/s时,电池组的冷却效果最好。结论对于本文所设计的冷却系统,冷却液入口流速和冷却板材料的变化对电池组散热效果的影响较小,冷却液入口温度的变化对电池组散热效果的影响较大。应当选择铝合金为冷却板材料,以及合理的冷却液入口温度和流速,以满足轻量化要求,防止电池组过度冷却,减小流道内的阻力损失,提高冷却系统的散热效率。     

高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟

目的研究高速列车隧道会车压力波及列车尾流特性。方法建立某型高速列车三节车模型,采用脱体涡方法数值模拟两列车以350km/h在隧道内等速会车的流场。数值模拟的空间离散化压力项、密度项及修正的湍流黏度项使用二阶迎风格式,动量项使用有界中心差分格式,时间离散采用预处理二阶精度差分格式,用壁面函数处理隧道壁,使用雷诺时均法作方法对比。计算列车车头、侧墙及尾车等部位的压力时间历程,然后使用傅里叶变换对尾车测点进行频谱分析,最后对尾流中不同位置的湍流强度进行分析。结果头车所受压力波动最为剧烈,中间车次之,尾车最小。列车侧墙同一垂向位置不同高度压力变化相差不大。列车尾涡主频在3.85Hz附近,其可能对列车横向振动有一定的影响。结论尾涡是两个不断向后发展的中等强度涡旋,在充分发展段,其湍流强度会有一个较为明显的抬升,之后逐渐减弱。会车侧涡流由于横向发展较为迅速,导致其强度较小且减弱速度较快。     

基于VOF方法的汽车油箱燃油晃动数值模拟分析

目的研究燃油在汽车油箱中的晃动规律,为汽车油箱的结构可靠性设计和汽车燃油的稳定供给提供参考和依据。方法建立某款汽车油箱的几何模型,利用VOF(volume of fluid)方法进行数值模拟。采用控制变量法,对比分析有无隔板、不同冲击加速度、不同充液比对燃油晃动及油箱壁面所受压力的影响。结果无隔板、较大冲击加速度的情况下,燃油晃动更为剧烈,吸油管出现瞬间吸空现象,导致燃油供给不稳定,油箱受到的压力更大,影响油箱的结构可靠性。较小充液比的情况下,由于燃油晃动,吸油管容易出现瞬间吸空现象,导致燃油供给困难。结论汽车油箱采用隔板、保持较小的冲击加速度和较大充液比有利于防止吸油管瞬间吸空,从而保证燃油的稳定供给。充液比太大会造成油箱壁面所受压力增大,因此,应该保持合理的充液比。     

气流清扫的超音速喷管气动设计及其性能的对比分析

目的 提出使用拉瓦尔喷管产生高速气流清扫固体表面附着的水膜。方法 设计中心轴对称锥形喷管(Taper-A)、中心轴对称Sivell法喷管(Sivell-A)、中心轴对称短化喷管(MLN-A)和二维锥形型线喷管(Taper-2D),建立包括外流场的LES数值仿真模型,并进行仿真,分析研究外流场结构,并基于韦伯数判据,分析超音速喷管的清扫性能。结果 喷管短化设计方法可以将喷管长度缩短50%。外流场速度呈波动衰减趋势,特征线法喷管的气流膨胀更充分。缩短喷管长度会减小内流场的附面层厚度,因此MLN-A在速度波动中的能量耗散较少;喷管过长也会降低清扫性能,MLN-A和Taper-2D在xL>2区域的最大等效水膜厚度小于0.2 μm,但MLN-A有效清扫面积比Taper-A的喷管提高15%以上,清扫性能最优。结论 喷管短化设计方法可以有效缩短喷管。喷管结构对清扫性能影响较大。MLN-A喷管的清扫性能最优。     

汽车整车结构侧面耐撞性有限元数值模拟

目的研究汽车结构侧面主要承载部件的耐撞性,参考我国碰撞法规和ECE R95,根据国内某SUV汽车的参数和相关标准建立整车有限元模型和移动可变形壁障模型(MDB),对其进行数值模拟,为结构的优化设计提供参考。方法利用Hyper Mesh前处理将CAD模型转化为CAE有限元模型,输出k文件,并通过LS-DYNA大变形有限元仿真软件对其耐撞性进行计算。结果仿真结果显示,在汽车侧面碰撞过程中,B柱和车门等主要承载部件发生了较大的变形,B柱变形量为116.6 mm,车门的变形量为190 mm,其值符合标准要求,在碰撞结束后保证了足够的乘员空间。结论该车有较好的侧面耐撞性,且得出的碰撞数值模拟结果可为该车的结构设计提供参考。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

动态载荷作用下大型复杂结构的振动疲劳分析方法综述

首先从目前存在的疲劳损伤现象拓展到工程各行业中服役结构的疲劳损伤情况,分析了振动疲劳损伤作用机理,并论述了振动疲劳研究的意义,阐述了振动疲劳的定义,其次分析了振动疲劳分析方法的国内外发展情况及研究现状。此外,通过对振动疲劳研究相关文献的梳理,总结出一些振动疲劳时域与频域方面的研究方法,并分析了各方法的优缺点。最后,根据在振动疲劳研究目前存在的一些问题,归纳出未来的研究发展方向。     

车用柴油机湿式气缸套振动特性分析

目的通过对柴油机湿式气缸套振动特性的计算分析,研究气缸套失效的主要原因,以提高柴油机结构的可靠性。方法基于16V280ZJ型柴油机气缸套的结构参数,采用有限元法建立气缸套有限元分析模型,对其进行模态分析,包括自由模态以及约束模态,分析气缸套的固有振动特性。然后基于16V280ZJ型柴油机的性能参数,计算气体力与惯性力,从而计算得到气缸套承受的交变侧压力。通过时-频转化将交变侧压力谱转化为频域谱,以分析气缸套承受的激励特性。结果气缸套的模态振型主要为径向弯曲振动,说明径向刚度小于轴向刚度。气缸套承受的交变侧压力的频率低于气缸套的固有频率。结论柴油机湿式气缸套受活塞侧向激振力不会发生共振,缸套的径向刚度较小,导致激振力传递给冷却水后缸套会发生穴蚀。     

基于FAD的铝合金车体焊接缺陷安全性评价方法研究

目的确保高速列车运行安全,采用先进的方法和理论对焊接缺陷进行评定显得非常重要。方法采用断裂力学和有限元相结合的方法,建立车体全比例有限元模型。采用热弹塑性法对焊接残余应力进行有限元数值仿真。基于标准BS 7910提供的焊接缺陷评价方法,对焊接缺陷进行安全性评定。结果对车体带焊缝的有限元模型,依据BS EN12663标准施加车体所承受的载荷,获取焊缝关注点的应力转化所得到一次应力。根据关注点信息建立所在焊缝处的接头模型进行热弹塑性仿真模拟,从而获取该关注点残余应力数值及分布转化所得到二次应力。将焊接缺陷进行裂纹当量化,从而计算得到载荷比与应力强度因子比值,结合许用FAD曲线,对高速列车铝合金车体上焊缝关注点进行安全性评价。结论该方法对车体这种大型复杂焊接结构的安全性进行评价是可行的,并对焊接缺陷是否合于使用提出质量控制的建议。     

基于应力强度因子的发动机连杆裂解力数值模拟分析

目的为获得合适的裂解力,以某款轿车发动机连杆为研究对象,应用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)对裂解工艺中的裂解力进行计算分析。方法根据部件的实际尺寸建立预制初始微裂纹条件下的连杆裂解有限元模型,确定相关的材料参数,并进行有限元网格划分,确定部件之间的约束类型。以应力强度因子大于材料断裂韧度,裂纹即扩展为依据,反复试算得出应力强度因子达到断裂韧度时的裂解力,进而通过大量计算和数据拟合得出初始微裂纹长度与裂解力之间的关系。分析裂解力对塑性区的影响,为裂解力阈值确定给出参考。结果当裂解力能够满足裂解工艺要求时,预制的初始微裂纹长度应尽可能小。结论最为理想的裂解力为材料断裂韧度对应的裂解力。文中提出的分析方法也适合于求解各类连杆的裂解力。