[發明專利]一種冷卻液壺蠕變性能評估及結構優化方法

在審

• 申請號: 201910588082.9
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110390142A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 姜欣;孫芳
• 申請（專利權）人: 昆山澤元信息科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 劉洪勛

本發明公開了一種冷卻液壺蠕變性能評估及結構優化方法，利用蠕變仿真技術，根據冷卻液壺實際結構進行精確建模，參考冷卻液壺的材料特性，對冷卻液壺工作過程中的溫度和壓力及其持續時間進行不同等級的統計，選取最低等級和最高等級進行對應工況模擬，通過各工況最大應力和殼外部最大應變對使用后的冷卻液壺泄漏情況進行預測；具體工作流程包括，導入冷卻液壺結構幾何模型，建立精確的仿真計算模型；從環境條件數據庫中導出溫度、壓力、時間等組合，針對現有結構，進行優化，提出結構優化方案；重復步驟一至四，進行優化后結構的蠕變可靠性驗證。

技術領域

本發明涉及塑料制品性能預測領域，具體地說，是一種利用蠕變分析對冷卻液壺使用過程出現泄漏的預檢測方法，以便在前期設計中迅速評估冷卻液壺的可靠性。

背景技術

冷卻液壺是確保發動機正常運行的重要部件，必須具有較高的可靠性。當前對冷卻液壺可靠性的評估主要依靠冷卻液壺可靠性臺架試驗，即在規定的試驗條件下進行一定時間的試驗后，通過檢查冷卻液壺內外表面是否存在裂縫評估冷卻液壺的可靠性。當冷卻液壺在保持應力不變的條件下，其應變隨時間延長而增加的現象，這就是蠕變效現象。當前已存在針對塑料的拉伸蠕變試驗標準，該標準中使用測定拉伸性能的試樣，并將試樣安裝在對應的夾具上，加載后每隔一段時間測量樣件的伸長量，由此獲得樣件的蠕變性能。另外，針對材料的蠕變壽命預測方法，主要是利用短時松弛過程涵蓋非常寬的蠕變應變速率的性質，導出比通常蠕變試驗寬十幾倍的蠕變數據，這些數據是針對材料基礎數據。對成形部件的蠕變破壞剩余壽命的評估需預先獲知不同負荷作用時間與微孔數量的關系，再通過X線測量目標試樣的微孔數量，預測部件的剩余壽命。

冷卻液壺可靠性臺架試驗可對在試驗中產生裂紋的試驗樣件進行識別和篩選，但這種方法無法對試驗后存在潛在裂縫或即將產生破壞的情況進行識別，從而會使得可靠性評估偏高。尤其是對冷卻液壺在高低溫交替條件下產生蠕變的情況，無法檢查其當前狀態的可靠性。塑料的拉伸蠕變試驗標準中所使用的樣品結構較為簡單，與實際的冷卻液壺產品存在較大差異，并且其試驗條件與冷卻液壺實際工作條件也存在較大差異，因而不能直接用于冷卻液壺的蠕變性能預測。另外，針對材料的蠕變壽命預測方法，其主要目的是獲取不同材料的蠕變基礎數據，其對實際產品的借鑒作用有限。對成形部件的蠕變破壞剩余壽命的評估方法受工藝引起的個體差異的影響較大，在實際產品測試中可信度差。

發明內容

本發明針對現有技術中的上述不足，采用蠕變仿真技術，獲取不同條件和時間時冷卻液壺的應力和應變情況，及時對冷卻液壺是否會產生泄漏做出預測，更能對可能產生退化的位置進行預測。可在產品前期設計中迅速評估冷卻液壺的可靠性，并對可靠性低的產品進行結構優化，從而在前期設計中確保產品具有較高的可靠性。

為解決以上技術問題，本發明是通過如下技術方案實現的：冷卻液壺蠕變性能評估及結構優化方法，利用蠕變仿真技術，根據冷卻液壺實際結構進行精確建模，參考冷卻液壺的材料特性，對冷卻液壺工作過程中的溫度和壓力及其持續時間進行不同等級的統計，選取最低等級和最高等級進行對應工況模擬，通過各工況最大應力和殼外部最大應變對使用后的冷卻液壺泄漏情況進行預測。定義綜合安全系數：S1=[許用應力]/最大應力；S2=[許用應變]/最大應變；S=min[S1,S2];若安全系數高于標準值，則表明冷卻液壺無泄漏；否則，則需要對冷卻液壺結構進行優化；具體工作流程如下：第一步，導入冷卻液壺結構幾何模型，建立精確的仿真計算模型；第二步，從材料蠕變曲線庫中導入材料蠕變曲線，計算材料蠕變特征常數；第三步，從環境條件數據庫中導出溫度、壓力、時間等組合，生成典型工況條件；第四步，進行蠕變仿真計算，提取相關工況條件下的應力和應變分布云圖，以及最大應力和應變，評估蠕變的安全性系數及潛在退化位置；第五步，針對現有結構，進行優化，提出結構優化方案；第六步，重復步驟一至四，進行優化后結構的蠕變可靠性驗證；

本發明的重要創新點在于：將材料蠕變數據用于實際產品結構，通過試驗和仿真的結合，實現蠕變退化后的可靠性預測。本方法可操作性強，不僅能用于可靠性評估，還能用于結構優化和及其之后的可靠性驗證。