膨胀水箱失效分析及改进
通过对故障件拆解分析，确定造成上述故障的原因主要有以下四点：1膨胀水箱内部加强筋结构设计不合理；2箱体局部应力集中，受振动冲击后开裂；3除气接头与除气胶管相连，在长期振动拉扯下，根部应力集中，疲劳断裂；4水位传感器根部应力集中，引起开裂。由于膨胀水箱在工作状态时，需要承受高温高压，必须是正规的模具件才能够满足性能要求。所以通过CAE分析来提出改进方案是节约时间和成本最有效的手段。针对箱体加强筋结构不合理的问题，结合膨胀水箱的材料属性和工作时所承受的温度压力情况，提出CAE分析的工况：爆破压力工况、可靠性工况、极限载荷工况、一般工作工况，膨胀水箱的评价指标为箱体变形量≤5。故障件膨胀水箱内部加强筋结构见图3所示，可以看出膨胀水箱内部加强筋稀疏，在工作过程中极易造成箱体应力集中开裂。各工况的应力及变形见图4所示，计算结果见表2所示。由上述分析结果可以看出，故障膨胀水箱在爆破压力工况下，箱体的整体应力值最大，所以需要对爆破压力工况下箱体变形进行校核。由图4可以看出，爆破压力工况下箱体
f的底部和顶部都存在较大变形，箱体变形量5，不满足设计要求。针对除气接头、水位传感器根部应力集中的问题，通过CAE分析进行了分析计算，为后续改进提出了方向，具体分析图片见图5所示，计算结果见表3所示。由分析结果可以看出，除气接头、水位传感器根部存在应力集中，应力值已经超过设定的安全系数值，相应安全系数下所对应的极限应力值为23Mpa。3膨胀水箱改进方案1针对膨胀水箱内部加强筋结构设计不合理和箱体开裂的问题，提出改善方案需要满足以下要求：（1）保持膨胀箱现有安装接口位置、外形尺寸不变，直接互换；（2）保持型腔不变，优化型芯加强筋结构；（3）在薄弱的地方增加加强筋。针对上述改进原则，考虑到整车轻量化、成本等因素，提出了3种改进方案，具体改进方案见图6所示。由图6可以看出，改进方案采用了十字型和T字型加强筋结构，可以能够有效增加强度箱体强度。同时，左右半模加强筋结构相同，可以有效对焊在一起，进一步增加强度。2针对除气管接头和水位传感器接口根部开裂的问题，提出了相应的改进措施。除气接头根部过渡圆角为R05，由
f于圆角太小，容易产生应力集中。因此，将除气接头根部的圆角增大到R5以减少应力集中，同时增加一条斜拉加强筋以进一步提高强度，具体见图7所示。在水位传感器接口处增加3条r